TEMA BROJA

Dragan Lazarević

Daleki svemir / Spiralna maglina M31

Andromedina galaksija, nama najbliža

U toku svog burnog naučnog razvoja, astronomija je širila granice saznanja o univerzumu kojem pripada naša planeta Zemlja i čovečanstvo na njoj. Prvo je, usvajanjem predstave heliocentričnog sistema, pobedilo saznanje da je Zemlja jedna od planeta koje kruže oko Sunca. Sledeća revolucija u astronomiji je ukazala čovečanstvu da je Sunce samo jedna zvezda među milijardama drugih zvezda-sunaca koji čine našu galaksiju - Mlečni put. Početkom 20.veka, došlo do nove revolucije u ljudskoj predstavi spoznajom da je zvezdani sistem kome pripada Sunce, Mlečni put, samo jedan od milijardi drugih zvezdanih sistema-galaksija koje ispunjavaju Vasionu. Prvi dokazi koji su tome doprineli dobijeni su proučavanjem nama susedne galaksije, spiralne magline M31(NGC 224) u sazvežđu Andromeda.

Na vedrom noćnom nebu, posmatrano sa našeg područja ka jugu, uočljiv je karakterističan zvezdani trapez kojeg čine tri zvezde sazvežđa Pegaz i alfa Andromede Alferac. Ulevo od nje i ka sazvežđu Kasiopeja se golim okom može uočiti ovalna sivkasta mrlja nejasnih ivica. Sa amaterskim teleskopom, ona se sasvim dobro vidi i kad uslovi nisu najbolji a njena ugaona veličina je približna polovini veličine Meseca i predstavlja sjajno jezgro spiralne magline. Pre više od jednog milenijuma, opazio ju je i zabeležio jedan persijski astrolog-astronom a sa otkrićem teleskopa opisao je astronom Simon Marius. Godine 1764. kao maglinu registrovao je Šarl Mesie (Messier) i u svom katalogu maglina označio sa M31.
Njena spiralna struktura je uočena 1850. kao i ukupna veličina njenog diska (ukupna ugaona veličina je preko tri puta veća od ugaone veličine Meseca). Prva spektroskopska proučavanja M31 od strane Vilijema Haginsa 1864. pokazala su da je njen spektar sličniji spektru zvezda nego gasovitim maglinama. Prve astronomske fotografije M31 ukazale su na spiralnu strukturu u diskolikom objektu. A 1885. uočen je u njoj blesak eksplozije džinovske zvezde tzv. „supernove“ mada se tada nije znala priroda te pojave. Spetroskopskim merenjima1912, na osnovu Doplerovog efekta i pomaka spektralnih linija ka plavom delu spektra, ustanovljeno je da se M31 kreće brzinom od oko 300 km/s, ka Suncu. Uočene su 1917. i pojave manjih bleskova, tzv. „nove“ zvezde, što je povezano sa sličnom pojavom u našoj galaksiji.

„Ostrvo univerzum“

„Nova“ je fenomen koji se javlja kod dvojnih zvezda koje čine rasplinuti crveni džin i sabijeni beli patuljak; kada vodonik sa crvenog džina, privučen gravitacijom belog patuljka, pada na njegovu površinu, dolazi do eksplozivne termonuklearne reakcije. Pošto su ti bleskovi bili znatno slabiji od onih registrovanih u našoj galaksiji, astronom Heber Kertis je procenio da je M31 znatno dalja od zvezda koje čine Mlečni put, tj. da je daleko oko pola miliona svetlosnih godina. On je izveo zaključak da je u pitanju druga galaksija, kako je on tada nazvao drugo „ostrvo univerzum“ u kosmosu.
Astronom E.Opik je procenio udaljenost M31 na 1,5 miliona svetlosnih godina (sg) a Edvin Habl je preko zvezda cefeida izmerio rastojanje i potvrdio da je M31 druga galaksija. Cefeide su zvezde promenljivog sjaja sa ustaljenim periodom promene, pri čemu je ustanovljeno da je period promene u korelaciji sa maksimalnim apsolutnim sjajem. Relativan sjaj zvezde se meri i time koliko je on obrnuto proporcionalan kvadratu udaljenosti; na osnovu poznatog apsolutnog sjaja, dolazi se do udaljenosti zvezde. Na osnovu cefeida, tokom narednih decnija, astronomi su dolazili do preciznijih procena o udaljenosti M31.
Konačno je 2004. ustanovljeno da je ona daleko 2,51 miliona sg od Sunca.
U Andromedinoj galaksiji je 2005. otkrivena dvojna zvezda koja se sastoji od dve bliske sjajne plave zvezde koje se pri obrtanju povremeno zaklanjaju; na osnovu trajanja zaklanjanja, ustanovljene su njihove veličine i apsolutni sjaj koji je, poređenjem sa relativnim sjajem, doveo do udaljenosti od 2,52 miliona sg. Udaljenost je određivana i drugim metodama pa došlo se do slične vrednosti. Konačno, usvojena je udaljenost od 2,54 miliona sg sa greškom od 0,11 miliona sg. To znači da mi sada vidimo M31 kakva je bila pre oko 2,54 miliona godina jer je toliko vremena prošlo dok njena svetlost nije stigla do nas.

Sličnosti i razlike u odnosu na Mlečni put

Na osnovu poznate udaljenosti i ugaone velične M31, izračunat je prečnik njenog diska koji iznosi oko 220.000 sg i malo je veći od Mlečnog puta koji ima prečnik diska od 185.000 sg. Procena ukupne mase M31 se kretala oko 800-1.500 milijardi masa Sunca, a u sličnim granicama se procenjivala i masa Mlečnog puta. Na osnovu radio-astronomskih merenja i prema brzini napuštanja  M31 od strane nekih njenih zvezda, smatra se da je njena ukupna masa ipak donja granica procene. Takođe, smatra se da je Mlečni put veće mase ali da ima znatno više tamne materije od M31 a i teže je preciznije odrediti masu zvezdanog sistema u kojem se i mi nalazimo.
Masa M31 je raspoređena tako da je oko 35% u centralnom sferoidnom delu a 65% u disku. Okružena je i spoljnim oblakom zvezda udaljenim do 1 milion sg (tzv. zvezdani „halo“) čija  se  masa procenjuje na 0.17 od 0.5 ukupne njene mase.
Ukupan sjaj M31 se ne može direktno izmeriti jer je prema nama okrenuta skoro bočno i oblaci njene međuzvezdane materije zaklanjaju zvezde na suprotnoj strani pa se on procenjuje na 26 milijardi sjaja Sunca. Procena broja zvezda M31 se kreće na oko 1.000 milijardi, što je višestruko više u poređenju sa brojem zvezda u Mlečnom putu (100-400 milijardi).
Procenu broja zvezda je lakše obaviti za M31 nego za Mlečni put koji posmatramo iznutra. U ukupnom broju zvezda, oko 90% su crveni patuljci vrlo slabog sjaja (prosečan crveni patuljak ima 0,1 mase Sunca a slabijeg je sjaja - 30 hiljada puta od sjaja Sunca) tako da je njihovo učešće u ukupnom sjaju galaksije gotovo zanemarljivo. Otud su procene ukupnog broja zvezda u nekoj galaksiji u vrlo širokom rasponu. Proces formiranja zvezda u M31 je oko 3-5 puta slabiji nego u Mlečnom putu a i broj tzv „novih“ je duplo manji, što znači da je naša galaksija aktivnija. U okviru lokalne grupe galaksija M31 je većih dimenzija, sa znatno više zvezda od Mlečnog puta ali naša galaksija ima veću masu. To se objašnjava većom količinom nepoznate tamne materije koja deluje samo gravitaciono. Lokalnu grupu čine i manja spiralna galaksija M33 Trougao i tridesetak znatno manjih eliptičnih galaksija.

Struktura Andromedine galaksije

Više stotina milijardi a možda i hiljadu milijardi zvezda koje čine M31, vezane gravitacionim silama, kruže oko zajedničkog centra mase čineći sistem oblika diska. Pri tome međuzvedani gasovi i prašina imaju svoje sopstvene tokove u oblastima veće gustine, u vidu spiralnih krakova. Astronom Baade je 1943. uočio da  je sferoidno jezgro M31 crvenkaste boje i da u njemu preovlađuju starije zvezde - crveni džinovi, dok u disku preovlađuju znatno mlađe plave zvezde. Centralni sferoidni deo se odlikuje velikom gustinom zvezda i mase je oko 6 milijardi masa Sunca. Zvezde jezgra kruže oko centra sa putanjama i pod najvećim uglovima u odnosu na srednju ravan galaksije.
Brzine zvezda bliskih centru na oko 1300 sg iznose do 225 km/s da bi, na udaljenosti od 7.000 sg, brzina opala na 50 km/s. U disku, brzina kruženja zvezda raste (centrifugalna sila zavisi od kvadrata brzine i potire gravitaciono privlačenjenje velikog broja zvezda unutar putanje zvezde čija se brzina posmatra) i najveća je na rastojanju od centra - 33.000 sg i iznosi 250 km/s da bi potom opadala i, na udaljenosti od 80.000 sg, bila 200 km/s.
Iz sferoidnog dela se odvaja svojevrsna prečka gasova i prašine kojoj zvezde u njoj daju sjaj a od nje se, na udaljenosti 1.600 sg od centra, odvajaju dva isprekidana spiralna kraka koji međusobno nisu bliži od 13000 sg. Smatra se da je poremećaj spiralnih krakova koji je doveo da stvaranja najmanje sedam odvojenih segmenata rezultat prolaska male galaksije M32 kroz M31 pre oko 200 miliona godina, pri čemu je M32  pola svoje mase u vidu zvezda i gasova i prašine predala Andromedinoj galaksiji i postala njen satelit.
Snimanja sa astronomskih satelita u infracrvenoj oblasti ukazuju da u M31 postoji prsten hladnih gasova i prašine na udaljenosti 32.000 sg od centra koji ne može da se registruje u vidljivoj svetlosti. Na osnovu tog otkrića i kretanja fragmenata spiralnih krakova ka tom prstenu, zaključuje se da će M31 u budućnosti od spiralne postati prstenasta galaksija. Strukturu M31 je vrlo teško detaljnije odrediti jer je vidimo sa jedne strane diska koji, u nekoj meri, zaklanja suprotnu stranu. Zahvaljujući kosmičkom teleskopu „Habl“ dobijeni su snimci centra M31. U njemu su dve velike koncentracije zvezda međusobno udaljene oko 4,9 sg, pri čemu je sjajnija nazvana P1 a druga P2, koja obuhvata sam centar. Na osnovu kretanja zvezda u P2, ustanovljeno je 2005. da njegov centar zauzima masivna crna rupa sa masom od 110-230 miliona mase Sunca. U P1 kretanje zvezda ne ukazuje na prisustvo crne rupe.
U centru naše galaksije se nalazi crna rupa od 4-4,5 milona mase našeg Sunca, i to je najveća razlika između Andromedine galaksije i Mlečnog puta.  Kosmički teleskop „Čandra“ je snimao centar M31 u X zračanju i otkrio određen broj izvora tog zračenja kao i poziciju supermasivne crne rupe.
Evropski kosmički teleskop „Njutn“ je otkrio više izvora X zraka u M31, ukupno do 40, koji se smatraju za neutronske zvezde i crne rupe manje mase. U blizini centra M31 je, na osnovu snimaka  astronomskih satelita u podučju X i gama zraka kao i zemaljskog radioteleskopa, otkrivena manja crna rupa mase oko 10 mase Sunca koja emituje i jake radio-talasne bljeskove. Nazvana je mikrokvazar, i prvi je takav objekat koji je do sada otkriven.

Globularna zvezdana jata i galaksije sateliti

Andromedina galaksija sadrži veliki broj globularnih zvezdanih
jata (globular star clusters). To su grupe od nekoliko hiljada do nekoliko miliona zvezda u prostoru od nekoliko do stotinu svetlosnih godina, loptastog, tj. globularnog oblika. U središnjim delovima ovih zvezdanih klastera, gustina zvezda je 100-1.000 puta veća nego što je u okolini Sunca, odnosno srednja međuzvezdana rastojanja u njima su oko jedne svetlosne godine i manje od toga. U njihovim centrima se obično nalaze crne rupe manje i srednje mase. U našoj galaksiji je do sada otkriveno preko 150 globularnih zvezdanih jata a Andromedina galaksija sadrži oko 460 takvih objekata.
Najmasivnije globularno jato u M31 je označeno kao G1. Ono sadrži nekoliko miliona zvezda i najsjajnije je od svih do sada poznatih a dvostruko je sjajnije od najsjajnijeg jata u našoj galaksiji, Omege Kentaura. Smatra se da je G1 jezgro - ostatak patuljaste galaksije koja je apsorbovana posle ulaska u M31. Godine 2006. je otkriveno globularno jato koje je možda masivnije i sjajnije od G1, ali je delimično zaklonjeno oblakom prašine koji propušta samo crvenu svetlost. U našoj galaksiji su takvi objekti približno iste velike starosti, tj.neki su nastali u vreme njenog formiranja. U M31 ima i globularnih zvezdanih jata, starih samo nekoliko stotina miliona godina. Po sjaju se izdvaja i globularno jato G76.
U M31 je otkriveno i zvezdano jato veoma rasplinute strukture, veličine nekoliko stotina sg.
Andromedina maglina ima i oko 20 satelita, patuljastih eliptičnih galaksija, od kojih 9 imaju putanje koje se poklapaju sa srednjom ravni njenog diska. Najveći od tih satelita su M32 i M110.
M32 (NGC 221) je kompaktna eliptična galaksija za koju se smatra da je jezgro spiralne galaksije koja je, prolaskom kroz disk M31, izgubila sopstveni zvezdani disk. Na najširem mestu ima oko 6.500 sg a čine je stare zvezde, žuti i crveni džinovi. Međuzvezdane prašine i gasa gotovo da nema a međusobni plimatski uticaji bliskih zvezda izazivaju jake zvezdane erupcije. Na osnovu kretanja zvezda oko njenog centra, smatra se da centralni položaj zauzima crna rupa mase 1,5-5 miliona mase Sunca. Udaljena je od nas koliko i M31.
M110 (NGC 205) je rasplinuta eliptična patuljasta galaksija koja ima i omotač zvezda (tzv. Halo) u kome je otkriveno 8 pratećih globularnih zvezdanih jata. Sadrži gasove i prašinu a zvezde u njoj su različite starosti jer se formiraju i mlađe zvezde. Godine 1999. u njoj je registrovan bljesak tzv. nove. Nije nađen dokaz da ima centralnu crnu rupu. Udaljena je od nas 2,69 miliona sg. Za sada nije utvrđeno da li je manja spiralna galaksija M33 Trougao, udaljena od M31 750.000 sg, njen satelit.

Prošlost i budućnost Andromedine i naše galaksije

Na osnovu do sada raspoloživih saznanja izvršena je okvirna rekonstrukcija prošlosti Andromedine galaksije. Ova velika spiralna galaksija je nastala, slično kao i Mlečni put, stapanjem 100-200 manjih galaksija, tokom 12 milijardi godina razvoja. Ta stapanja su razvejavala zvezde koje su se udaljile od osnovne strukture i stvorila udaljeni omotač, tzv. zvezdani Halo. Pre oko 2-4 milijarde godina, blizak prolazak galaksije M33 Trougao je napravio poremećaj u oba sistema i doveo do razmene zvezda udaljenih od centara. Jedna manja spiralna galaksija je  prošla kroz ravan diska Andromedine galaksije pre 200 miliona godina,  predajući joj zvezde sopstvenog diska, i postala njen satelit M32.
Smatra se i da se jedna manja galaksija stopila, pre 100 miliona godina, sa jezgrom i, u sudaru gasova, formirala zvezde i disk gasova koji rotira u suprotnom smeru od cele M31. Andromedina galaksija je u katalogu spiralnih galaksija registrovana oznakom SA(s)b kao spiralna prečkasta(bar) galaksija.
Budućnost M31 i naše galaksije se povezuje sa otkrićem na osnovu Doplerovog efekta da se ona kreće relativnom brzinom u odnosu na naše Sunce od oko 301 km/s, što upućuje da će one doći u međusobnu koliziju u dalekoj budućnosti. Ta brzina je rezultanta brzine približavanja M31 i brzine kretanja Sunca oko naše galaksije od 225 km/s. Relativna brzina M31 ka našoj galaksiji može se izračunati: iznosi oko 125 km/s. Ona će rasti približavanjem galaksija i sve jačim gravitacionim delovanjem pa se njihovo stapanje predviđa za 4-5 milijardi godina.
Postoji i jedna nepoznata veličina - poprečna komponenta brzine M31. Ako je ona približna redu veličine radijalne brzine od 125 km/s, galaksije bi se mimoišle. Ako je poprečna brzina M31 za red manja, kako misli većina astronoma koji se ovim bave, dve galaksije će se stopiti u jednu gigantsku sočivastog ili elipsoidnog  oblika. S obzirom na velika rastojanja između zvezda, tokom međusobnog prodiranja galaksija, njihovi sudari ili bliski prolazi su malo verovatni ali će se sudarati međuzvedani gasovi. To će dovesti do pojačane emisije radio-talasa, IC zračenja i X zračenja, ali i do stvaranja gušćih maglina u kojima će se formirati nove zvezde. Sve navedene pojave su zapažene u kosmosu na udaljenim galaksijama koje prodiru jedna kroz drugu. Taj proces bi se mogao nastaviti i kada galaksija M33 Trougao dođe u koliziju sa novonastalom galaksijom - ali je i ovde poprečna komponenta brzine kod M33 nepoznata.

Nove metode za odgovore na brojne nepoznanice

Nova naučna saznanja koja su dovela do određenije predstave o Andromedinoj galaksiji rezultat su proučavanja u toku nekoliko poslednjih decenija, koja su obuhvatala radio-astronomska osmatranja i snimanja u IC, UV, X i gama području elektromagnetskog zračenja. Posebnu ulogu odigrali su astronomski sateliti: „Habl“, „Čandra“, „Wise“, „GALEX“, „Spitzer 2 i drugi. Radio-astronoskim skeniranjem otkriveni su radio-izvori, izrađena je radio mapa M31 i ustanovljene veličine njenih magnetnih polja. Ostala su nerešena brojna pitanja a glavno, koje će verovatno dugo čekati odgovor, je o prirodi tzv.“tamne materije“ u našoj galaksiji i u M31. Da li je to neki do sada nama nepoznati oblik materije ili je zakon gravitacije drugačiji nego što se do sada smatralo?
Ostaje i pitanje određivanje poprečne komponente brzine M31, za šta je potrebno veoma dugotrajno (možda i viševekovnog trajanja) i precizno posmatranje njenog centra daleko moćnijim teleskopima od raspoloživih.
Novi teleskopi koji se uvode u korišćenje na Zemlji i u kosmosu bude nadu da će se naći odgovori mada se mogu otvoriti i sasvim nova pitanja. Neke novije metode poput metode gravitacionih sočiva (micro lensing) omogućavaju otkriće tamnih objekata malih dimenzija na osnovu gravitacionog fokusiranja svetlosti zvezde koja je iza njih.
Takav događaj je registrovan 1999. sa nagovešajem da je taman objekat bila planeta mase oko tri puta veće od Jupitera - što bi bila prva potvrda postojanja planetarnih tela van naše galaksije. S obzirom na veliki broj zvezda u M31 (od kojih je znatan broj sličan Suncu, reda veličine nekoliko desetina milijardi) logično je da očekujemo veliki broj planeta pa se pitanje postojanja i raširenosti života prenosi i na susednu galaksiju.
Registrovanje pojedinačnih  zvezda sličnih Suncu biće veoma teško, njihov relativni sjaj bi bio oko 330 milijardi puta slabiji od sjaja nama najbliže zvezde Alfe Kentaura (s obzirom na zaslepljivanje svetlošću sjajnijih većih zvezda i difuziju u međuzvezdanim gasovima i prašini - na granici je nemogućeg). Pre bi se mogla videti planeta susedne zvezde nego zvezda slična Suncu u M31 pa će se odgovor na pitanje raširenosti života u kosmosu potražiti u našoj galaksiji. Kada posmatramo fotografiju M31 ili je gledamo kroz teleskop, trebalo bi da imamo predstavu o stvarnim dimenzijama tog kosmičkog megasveta jer jedan mikron na slici odgovara dimenziji od jedne svetlosne godine a dimenzija zvezde je nekoliko hiljada puta manja od dimenzije atoma ili molekula slike!
Na kraju, poruka čitaocima: ako do sada niste imali prilike da kroz durbin ili amaterski teleskop posmatrate M31, svakako to obavite. Imaćete subjektivan osećaj da ste deo tog mega-sveta.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"