Астрономи вважають, що всередину руйнуються хмари холодного водного газу утворюються зірки. Ці хмари дуже важко помітити, оскільки атмосфера Землі поглинає велику частину світла, яке вона випромінює; проте завжди присутній ще один газ, оксид вуглецю, і його легко спостерігати з Землі. Астрономи з Інституту радіоастрономії Макса Планка розробили детальну карту цих зоряних областей у галактиці Андромеди.
Як утворюються зірки? Це одне з найважливіших питань астрономії. Ми знаємо, що утворення зірок відбувається в холодних газових хмарах з температурою нижче -220 С (50 К). Тільки в цих регіонах густого газу гравітація може призвести до колапсу і, отже, до утворення зірок. Хмари холодного газу в галактиках переважно складаються з молекулярного водню H2 (два атоми водню, пов'язані як одна молекула). Ця молекула випромінює слабку спектральну лінію в інфрачервоній смузі спектра, яку не можна спостерігати на земних телескопах, оскільки атмосфера поглинає це випромінювання. Тому астрономи вивчають іншу молекулу, яка завжди знаходиться в сусідстві з Н2, а саме оксид вуглецю, CO. Інтенсивна спектральна лінія СО на довжині хвилі 2,6 мм може спостерігатися за допомогою радіотелескопів, розміщених на атмосферно сприятливих місцях: високих та сухі гори, в пустелі або на Південному полюсі. У космічному просторі чадний газ є показником умов, сприятливих для утворення нових зірок і планет.
У нашій галактиці Чумацький Шлях давно проводяться дослідження розподілу оксиду вуглецю. Астрономи знаходять достатню кількість холодного газу для утворення зірок упродовж мільйонів років. Але багато питань без відповіді; наприклад, в першу чергу існує ця сировина молекулярного газу. Це поставляється на ранній стадії розвитку Галактики, або вона може бути сформована з теплішого атомного газу? Чи може молекулярна хмара руйнуватися спонтанно чи для цього потрібні дії ззовні, щоб зробити її нестабільною і руйнуватися? Оскільки Сонце розташоване на диску Чумацького Шляху, дуже складно отримати огляд процесів, що відбуваються в нашій Галактиці. Погляд ззовні "допоможе", і це також погляне на наших космічних сусідів.
Галактика Андромеда, також відома під своїм каталожним номером M31, являє собою систему мільярдів зірок, подібну нашому Чумацькому Шляху. Відстань М31 становить "лише" 2,5 мільйона світлових років, що робить його найближчою спіральною галактикою. Галактика простягається на певних 5 градусах на небі і може розглядатися неозброєним оком як крихітна дифузна хмара. Дослідження цього космічного сусіда можуть допомогти зрозуміти процеси у нашій власній Галактиці. На жаль, ми спостерігаємо диск газу та зірок у М31 майже на межі (див. Рис. 1, справа).
У 1995 р. Команда радіоастрономів Інституту радіоастрономії Millimà © trique (IRAM) у м. Гренобль (Мішель Гулін, Ганс Унгерец, Роберт Лукас) та Інституту радіоастрономії Макса Планка (MPIfR) у Бонні (Крістоф Нітен, Ніколаус Нейнінгер, Еллі Беркхуйсен, Райнер Бек, Річард Вілебінський) розпочали амбітний проект зіставлення всієї галактики Андромеди в спектральній лінії оксиду вуглецю. Інструментом, використовуваним для цього проекту, був 30-метровий радіотелескоп IRAM, який знаходиться на Піко Велеті (2970 метрів) поблизу Гранади, Іспанія. При кутовому дозволі 23 дуги (при частоті спостереження 115 ГГц = довжина хвилі 2,6 мм) необхідно було виміряти 1,5 мільйона окремих позицій. Для прискорення процесу спостереження був використаний новий метод вимірювання. Замість того, щоб спостерігати за кожною позицією, радіотелескоп рухався смугами по всій галактиці з безперервним записом даних. Цей метод спостереження, який називається "на льоту", був спеціально розроблений для проекту M31; тепер це стандартна практика не тільки на радіотелескопі Pico Veleta, але і на інших телескопах, що спостерігають на міліметровій довжині хвилі.
Для кожної спостережуваної позиції в M31 було зафіксовано не одне значення інтенсивності СО, але 256 значень одночасно по спектру з пропускною здатністю 0,2% від центральної довжини хвилі 2,6 мм. Таким чином, повний набір даних спостережень складається з приблизно 400 мільйонів цифр! Точне положення лінії СО в спектрі дає нам інформацію про швидкість холодного газу. Якщо газ рухається до нас, то лінія зміщується на більш короткі довжини хвилі. Коли джерело відходить від нас, то ми бачимо перехід на довші хвилі. Це той самий ефект (ефект Доплера), який ми можемо почути, коли сирена швидкої допомоги рухається до нас чи від нас. В астрономії ефект Доплера дозволяє вивчати рухи газових хмар; можна виділити навіть хмари з різною швидкістю, що спостерігаються в одній лінії зору. Якщо спектральна лінія широка, то хмара може розширюватися, інакше вона складається з декількох хмар з різною швидкістю.
Спостереження були закінчені в 2001 році. З більш ніж 800 годин телескопного часу це один з найбільших проектів спостережень, здійснений за допомогою телескопів IRAM або MPIfR. Після обширної обробки та аналізу величезної кількості даних, щойно було опубліковано повний розподіл холодного газу в М31 (див. Рис. 1, зліва).
Холодний газ у М31 зосереджений у дуже філігранних структурах у спіральних рукавах. Здається, лінія CO добре підходить для простеження структури спіралі. Виразні спіральні руки видно на відстані між 25 000 і 40 000 світлових років від центру Андромеди, де відбувається більша частина утворення зірок. У центральних регіонах, де розміщена основна маса старих зірок, озброєння CO набагато слабкіше. Внаслідок високого нахилу М31 щодо лінії зору (близько 78 градусів) спіральні кронштейни, схоже, утворюють велике еліптичне кільце з основною віссю 2 градуси. Насправді Андромеду довгий час вважали помилковою «кільцевою» галактикою.
Карта швидкостей газу (див. Рис. 2) нагадує оснащення гігантського вогневого колеса. З одного боку (з півдня, зліва) газ СО2 рухається зі швидкістю 500 км / секунду до нас (синій), а з іншого боку (на північ, праворуч) зі «лише» 100 км / секунду (червоний). Оскільки галактика Андромеда рухається до нас зі швидкістю близько 300 км / секунду, вона близько пройде Чумацький Шлях приблизно за 2 мільярди років. Крім того, M31 обертається зі швидкістю близько 200 км / секунду навколо своєї центральної осі. Оскільки внутрішні хмари СО рухаються коротшим шляхом, ніж зовнішні, вони можуть наздоганяти один одного. Це призводить до спіральної структури.
Щільність холодного молекулярного газу в спіральних гілках значно більша, ніж в областях між зброєю, тоді як атомний газ розподілений більш рівномірно. Це говорить про те, що молекулярний газ утворюється з атомного газу в спіральних рукавах, особливо у вузькому кільці утворення зірок. Походження цього кільця досі незрозуміле. Можливо, газ у цьому кільці - це лише матеріал, який ще не використовується для зірок. Або, можливо, саме регулярне магнітне поле в M31 запускає утворення зірок у спіральних руках. Спостереження за телескопом Ефферсберга показали, що магнітне поле уважно слідкує за спіральними руками, видно в СО.
Кільце утворення зірок ("зона народження") в нашому Чумацькому Шляху, що проходить від центру 10 000 до 20 000 світлових років, менше, ніж у M31. Незважаючи на це, він містить майже в 10 разів більше молекулярного газу (див. Таблицю в додатку). Оскільки всі галактики приблизно одного віку, Чумацький шлях був більш економічним своєю сировиною. З іншого боку, багато старих зірок біля центру М31 свідчать про те, що в минулому швидкість утворення зірок була набагато вищою, ніж зараз: тут більша частина газу вже перероблена. Нова карта CO показує нам, що Андромеда була дуже ефективною у формуванні зірок у минулому. Через кілька мільярдів років наш Чумацький Шлях може виглядати подібним до Андромеди.
Оригінальне джерело: Новини Інституту Макса Планка
