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Galaxia de Andrómeda

La galaxia de Andrómeda es una galaxia espiral barrada y es la galaxia principal más cercana a la Vía Láctea . Originalmente se la llamó Nebulosa de Andrómeda y está catalogada como Messier 31 , M31 y NGC 224. Andrómeda tiene un diámetro isofotal D 25 de aproximadamente 46,56 kiloparsecs (152.000 años luz ) [8] y está aproximadamente a 765 kpc (2,5 millones de años luz) de la Tierra. El nombre de la galaxia proviene del área del cielo de la Tierra en la que aparece, la constelación de Andrómeda , que a su vez recibe su nombre de la princesa que fue la esposa de Perseo en la mitología griega . [8]

La masa virial de la galaxia de Andrómeda es del mismo orden de magnitud que la de la Vía Láctea, con 1  billón de masas solares (2,0 × 10 42 kilogramos ). La masa de cualquiera de las dos galaxias es difícil de estimar con precisión, pero durante mucho tiempo se creyó que la galaxia de Andrómeda era más masiva que la Vía Láctea por un margen de entre un 25% y un 50%. [11] Sin embargo, esto ha sido puesto en duda por estudios de principios del siglo XXI que indican una masa posiblemente menor para la galaxia de Andrómeda [11] y una masa mayor para la Vía Láctea. [12] [13] La galaxia de Andrómeda tiene un diámetro de aproximadamente 46,56 kpc (152.000 años luz), lo que la convierte en el miembro más grande del Grupo Local de galaxias en términos de extensión. [13]

Se espera que las galaxias Vía Láctea y Andrómeda colisionen entre sí en alrededor de 4 a 5 mil millones de años, [14] fusionándose para formar potencialmente una galaxia elíptica gigante [15] o una gran galaxia lenticular . [16]

Con una magnitud aparente de 3,4, la galaxia de Andrómeda es uno de los objetos Messier más brillantes , [17] y es visible a simple vista desde la Tierra en noches sin luna, [18] incluso cuando se observa desde áreas con contaminación lumínica moderada . [8]

Historial de observación

La galaxia de Andrómeda es visible a simple vista en cielos oscuros. [19] Alrededor del año 964 d. ​​C. , el astrónomo persa Abd al-Rahman al-Sufi describió la galaxia de Andrómeda en su Libro de estrellas fijas como una "mancha nebulosa" o "pequeña nube". [20] Los mapas estelares de ese período la etiquetaron como la Pequeña Nube . [21] En 1612, el astrónomo alemán Simon Marius dio una descripción temprana de la galaxia de Andrómeda basada en observaciones telescópicas. [22] Pierre Louis Maupertuis conjeturó en 1745 que la mancha borrosa era un universo isla. [23] Charles Messier catalogó a Andrómeda como el objeto M31 en 1764 y atribuyó incorrectamente a Marius como el descubridor a pesar de que era visible a simple vista. En 1785, el astrónomo William Herschel notó un tenue tono rojizo en la región central de Andrómeda. [18] Creía que Andrómeda era la más cercana de todas las "grandes nebulosas ", y basándose en el color y la magnitud de la nebulosa , supuso incorrectamente que no estaba a más de 2.000 veces la distancia de Sirio , o aproximadamente 18.000  años luz (5,5  kpc ). [24]

En 1850, William Parsons hizo un dibujo de la estructura espiral de Andrómeda . [25] [ se necesita una mejor fuente ]

En 1864, William Huggins notó que el espectro de Andrómeda difería del de una nebulosa gaseosa. [26] El espectro de Andrómeda muestra un continuo de frecuencias , superpuesto con líneas de absorción oscuras que ayudan a identificar la composición química de un objeto. El espectro de Andrómeda es muy similar a los espectros de estrellas individuales, y de esto, se dedujo que Andrómeda tiene una naturaleza estelar. En 1885, una supernova (conocida como S Andromedae ) fue vista en Andrómeda, la primera y hasta ahora única observada en esa galaxia. [27] En ese momento, se llamó "Nova 1885" [28] —la diferencia entre " novas " en el sentido moderno y supernovas aún no se conocía. Andrómeda se consideraba un objeto cercano, y no se advirtió que la "nova" era mucho más brillante que las novas ordinarias. [ cita requerida ]

La fotografía más antigua conocida de la Gran "Nebulosa" de Andrómeda (con M110 en la parte superior derecha), de Isaac Roberts (29 de diciembre de 1888)

En 1888, Isaac Roberts tomó una de las primeras fotografías de Andrómeda, que todavía se creía comúnmente que era una nebulosa dentro de nuestra galaxia. Roberts confundió Andrómeda y otras "nebulosas espirales" similares con sistemas estelares en formación . [29] [30]

En 1912, Vesto Slipher utilizó la espectroscopia para medir la velocidad radial de Andrómeda con respecto al Sistema Solar , la mayor velocidad medida hasta el momento, 300 km/s (190 mi/s). [31]

Hipótesis de los "universos islas"

Ubicación de la galaxia de Andrómeda (M31) en la constelación de Andrómeda

Ya en 1755, el filósofo alemán Immanuel Kant propuso la hipótesis de que la Vía Láctea es sólo una de muchas galaxias en su libro Historia natural universal y teoría de los cielos . Argumentando que una estructura como la Vía Láctea se vería como una nebulosa circular vista desde arriba y como un elipsoide si se la observa desde un ángulo, concluyó que las nebulosas elípticas observadas como Andrómeda, que no podían explicarse de otra manera en ese momento, eran de hecho galaxias similares a la Vía Láctea, no nebulosas, como se creía comúnmente que era Andrómeda. [32]

En 1917, Heber Curtis observó una nova en el interior de Andrómeda. Tras buscar en el registro fotográfico, descubrió 11 novas más. Curtis se dio cuenta de que estas novas eran, en promedio, 10 magnitudes más débiles que las que se producían en otras partes del cielo. Como resultado, pudo llegar a una estimación de la distancia de 500.000 años luz (3,2 × 10 10  UA). Aunque esta estimación es aproximadamente cinco veces menor que las mejores estimaciones disponibles en la actualidad, fue la primera estimación conocida de la distancia a Andrómeda que era correcta con una precisión de un orden de magnitud (es decir, con una precisión de un factor de diez con respecto a las estimaciones actuales, que sitúan la distancia en torno a los 2,5 millones de años luz [2] [33] [6] [34] ). Curtis se convirtió en un defensor de la denominada hipótesis de los "universos isla": las nebulosas espirales eran en realidad galaxias independientes. [35]

En 1920, tuvo lugar el Gran Debate entre Harlow Shapley y Curtis sobre la naturaleza de la Vía Láctea, las nebulosas espirales y las dimensiones del universo . [36] Para apoyar su afirmación de que la Gran Nebulosa de Andrómeda es, de hecho, una galaxia externa, Curtis también notó la aparición de carriles oscuros dentro de Andrómeda que se parecían a las nubes de polvo de nuestra propia galaxia, así como observaciones históricas del significativo desplazamiento Doppler de la Galaxia de Andrómeda . En 1922, Ernst Öpik presentó un método para estimar la distancia de Andrómeda utilizando las velocidades medidas de sus estrellas. Su resultado colocó a la Nebulosa de Andrómeda muy fuera de nuestra galaxia a una distancia de aproximadamente 450 kpc (1.500 kly). [27] Edwin Hubble zanjó el debate en 1925 cuando identificó estrellas variables cefeidas extragalácticas por primera vez en fotos astronómicas de Andrómeda. Estas imágenes se realizaron con el telescopio Hooker de 100 pulgadas (2,5 m) y permitieron determinar la distancia de la Gran Nebulosa de Andrómeda. Su medición demostró de manera concluyente que esta formación no era un cúmulo de estrellas y gas dentro de nuestra propia galaxia, sino una galaxia completamente separada ubicada a una distancia significativa de la Vía Láctea. [36]

En 1943, Walter Baade fue la primera persona en resolver las estrellas en la región central de la galaxia de Andrómeda. Baade identificó dos poblaciones distintas de estrellas en función de su metalicidad , nombrando a las estrellas jóvenes y de alta velocidad en el disco Tipo I y a las estrellas rojas y más viejas en el bulbo Tipo II. [37] Esta nomenclatura se adoptó posteriormente para las estrellas dentro de la Vía Láctea y en otros lugares. (La existencia de dos poblaciones distintas había sido notada anteriormente por Jan Oort .) [37] Baade también descubrió que había dos tipos de estrellas variables cefeidas, lo que resultó en duplicar la estimación de la distancia a Andrómeda, así como al resto del universo. [38]

En 1950, Robert Hanbury Brown y Cyril Hazard detectaron emisiones de radio de la galaxia de Andrómeda en el Observatorio Jodrell Bank . [39] [40] Los primeros mapas de radio de la galaxia fueron realizados en la década de 1950 por John Baldwin y colaboradores del Cambridge Radio Astronomy Group . [41] El núcleo de la galaxia de Andrómeda se llama 2C 56 en el catálogo de radioastronomía 2C .

En 2009, un fenómeno de microlente —causado por la desviación de la luz por un objeto masivo— puede haber llevado al primer descubrimiento de un planeta en la galaxia de Andrómeda. [42]

En 2020, las observaciones de emisión de radio polarizada linealmente con el radiotelescopio de síntesis Westerbork , el radiotelescopio Effelsberg de 100 m y el Very Large Array revelaron campos magnéticos ordenados alineados a lo largo del "anillo de 10 kpc" de formación de gas y estrellas. [43]

General

La distancia estimada entre la galaxia de Andrómeda y la nuestra se duplicó en 1953, cuando se descubrió que existe un segundo tipo de estrella variable cefeida , más tenue . En la década de 1990, se utilizaron mediciones tanto de gigantes rojas estándar como de estrellas rojas en cúmulos obtenidas por el satélite Hipparcos para calibrar las distancias de las cefeidas. [44] [45]

Formación e historia

Imagen procesada de la galaxia de Andrómeda, con mejora de H-alfa para resaltar sus regiones de formación de estrellas

Hace 2 o 3 mil millones de años se produjo una importante fusión en la ubicación de Andrómeda, en la que participaron dos galaxias con una relación de masa de aproximadamente 4. [46] [47]

El descubrimiento de una fusión reciente en la galaxia de Andrómeda se basó primero en la interpretación de su relación anómala de dispersión edad-velocidad, [48] así como en el hecho de que hace 2 mil millones de años, la formación de estrellas en todo el disco de Andrómeda era mucho más activa que hoy. [49]

El modelado [46] de esta violenta colisión muestra que ha formado la mayor parte del halo galáctico (rico en metales) de la galaxia , incluyendo la Corriente Gigante, [50] y también el disco grueso extendido, el disco delgado de edad joven y el anillo estático de 10 kpc. Durante esta época, su tasa de formación estelar habría sido muy alta , hasta el punto de convertirse en una galaxia infrarroja luminosa durante aproximadamente 100 millones de años. El modelado también recupera el perfil del bulbo, la barra grande y el perfil general de densidad del halo.

Es posible que Andrómeda y la Galaxia del Triángulo (M33) hayan pasado muy cerca hace 2.000 a 4.000 millones de años, pero parece poco probable a partir de las últimas mediciones del Telescopio Espacial Hubble. [51]

Estimación de distancia

Ilustración que muestra tanto el tamaño de cada galaxia como la distancia entre las dos galaxias, a escala

Se han utilizado al menos cuatro técnicas distintas para estimar las distancias entre la Tierra y la galaxia de Andrómeda. En 2003, utilizando las fluctuaciones de brillo superficial infrarrojo (I-SBF) y ajustando el nuevo valor de período-luminosidad y una corrección de metalicidad de −0,2 mag dex −1 in (O/H), se obtuvo una estimación de 2,57 ± 0,06 millones de años luz (1,625 × 10 11  ± 3,8 × 10 9 unidades astronómicas ). Un método de variable cefeida de 2004 estimó la distancia en 2,51 ± 0,13 millones de años luz (770 ± 40 kpc). [2] [33]

En 2005 se descubrió una estrella binaria eclipsante en la galaxia de Andrómeda. La binaria [c] está formada por dos estrellas azules calientes de los tipos O y B. Al estudiar los eclipses de las estrellas, los astrónomos pudieron medir sus tamaños. Conociendo los tamaños y temperaturas de las estrellas, pudieron medir su magnitud absoluta . Cuando se conocen las magnitudes visuales y absolutas, se puede calcular la distancia a la estrella. Las estrellas se encuentran a una distancia de 2,52 × 10 6  ± 0,14 × 10 6  años luz (1,594 × 10 11  ± 8,9 × 10 9  UA) y toda la galaxia de Andrómeda a aproximadamente 2,5 × 10 6 años  luz (1,6 × 10 11  UA). [6] Este nuevo valor concuerda perfectamente con el valor de distancia anterior, independiente, basado en las cefeidas. El método TRGB también se utilizó en 2005, dando una distancia de 2,56 × 10 6  ± 0,08 × 10 6  años luz (1,619 × 10 11  ± 5,1 × 10 9  UA). [34] Promediadas en conjunto, estas estimaciones de distancia dan un valor de 2,54 × 10 6  ± 0,11 × 10 6  años luz (1,606 × 10 11  ± 7,0 × 10 9  UA). [d]^^^^^^^

Estimaciones de masa

Halo gigante alrededor de la galaxia de Andrómeda [52]

Hasta 2018, las estimaciones de masa para el halo de la galaxia de Andrómeda (incluida la materia oscura ) arrojaron un valor de aproximadamente 1,5 × 1012  M ☉ , [53] comparado con 8 × 1011  M ☉ para la Vía Láctea. Esto contradecía incluso mediciones anteriores que parecían indicar que la galaxia de Andrómeda y la Vía Láctea tienen casi la misma masa. En 2018, las mediciones anteriores de igualdad de masa fueron restablecidas por resultados de radio como aproximadamente 8 × 1011  M ☉ . [54] [55] [56] [57] En 2006,se determinó que el esferoide de la Galaxia de Andrómeda tenía una densidad estelar mayor que la de la Vía Láctea, [58] y se estimó que su disco estelar galáctico tenía el doble de diámetro que el de la Vía Láctea. [9] Se estima que la masa total de la Galaxia de Andrómeda está entre 8 × 1011  M ☉ [54] y 1,1 × 1012  M ☉ . [59] [60] La masa estelar de M31 es 10–15 × 1010  M ☉ , con el 30% de esa masa en el bulbo central , el 56% en el disco y el 14% restante en el halo estelar . [61] Los resultados de radio (masa similar a la Vía Láctea) deben tomarse como los más probables a partir de 2018, aunque claramente, este asunto todavía está bajo investigación activa por varios grupos de investigación en todo el mundo.

A partir de 2019, los cálculos actuales basados ​​en la velocidad de escape y las mediciones de masa dinámica sitúan la galaxia de Andrómeda en 0,8 × 1012  M ☉ , [62] que es solo la mitad de la masa más reciente de la Vía Láctea, calculada en 2019 en 1,5 × 1012  M ☉ . [63] [64] [65]

Además de las estrellas, el medio interestelar de la galaxia de Andrómeda contiene al menos 7,2 × 109  M ☉ [66] en forma de hidrógeno neutro , al menos 3,4 × 108  M ☉ como hidrógeno molecular (dentro de sus 10 kiloparsecs más internos) y 5,4 × 107  M ☉ de polvo . [67]

La galaxia de Andrómeda está rodeada por un halo masivo de gas caliente que se estima que contiene la mitad de la masa de las estrellas de la galaxia. El halo casi invisible se extiende alrededor de un millón de años luz desde su galaxia anfitriona, a medio camino de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Las simulaciones de galaxias indican que el halo se formó al mismo tiempo que la galaxia de Andrómeda. El halo está enriquecido con elementos más pesados ​​que el hidrógeno y el helio, formados a partir de supernovas , y sus propiedades son las esperadas para una galaxia que se encuentra en el "valle verde" del diagrama de color-magnitud de la galaxia (ver más abajo). Las supernovas estallan en el disco lleno de estrellas de la galaxia de Andrómeda y expulsan estos elementos más pesados ​​al espacio. Durante la vida de la galaxia de Andrómeda, casi la mitad de los elementos pesados ​​​​creados por sus estrellas han sido expulsados ​​​​mucho más allá del disco estelar de 200.000 años luz de diámetro de la galaxia. [68] [69] [70] [71]

Estimaciones de luminosidad

En comparación con la Vía Láctea, la Galaxia de Andrómeda parece tener predominantemente estrellas más viejas con edades >7 × 109 años. [61] [ aclaración necesaria ] La luminosidad estimada de la Galaxia de Andrómeda, ~2,6 × 1010  L ☉ , es aproximadamente un 25% más alta que la de nuestra propia galaxia. [72] [73] Sin embargo, la galaxia tiene una alta inclinación vista desde la Tierra, y su polvo interestelar absorbe una cantidad desconocida de luz, por lo que es difícil estimar su brillo real y otros autores han dado otros valores para la luminosidad de la Galaxia de Andrómeda (algunos autores incluso proponen que es la segunda galaxia más brillante dentro de un radio de 10 megaparsecs de la Vía Láctea, después de la Galaxia del Sombrero , [74] con una magnitud absoluta de alrededor de −22,21 [e] o cerca [75] ).

Una estimación realizada con la ayuda del Telescopio Espacial Spitzer publicada en 2010 sugiere una magnitud absoluta (en el azul) de −20,89 (que con un índice de color de +0,63 se traduce en una magnitud visual absoluta de −21,52, [a] en comparación con −20,9 para la Vía Láctea), y una luminosidad total en esa longitud de onda de 3,64 × 1010  L ☉ . [76]

La tasa de formación de estrellas en la Vía Láctea es mucho mayor, ya que la galaxia de Andrómeda produce solo alrededor de una masa solar por año, en comparación con las 3-5 masas solares de la Vía Láctea. La tasa de novas en la Vía Láctea también es el doble que la de la galaxia de Andrómeda. [77] Esto sugiere que esta última experimentó una gran fase de formación de estrellas, pero ahora se encuentra en un estado relativo de inactividad, mientras que la Vía Láctea está experimentando una formación de estrellas más activa. [72] Si esto continúa, la luminosidad de la Vía Láctea podría eventualmente superar a la de la galaxia de Andrómeda.

Según estudios recientes, la galaxia de Andrómeda se encuentra en lo que se conoce en el diagrama de color-magnitud de galaxias como el "valle verde", una región poblada por galaxias como la Vía Láctea en transición desde la "nube azul" (galaxias que forman nuevas estrellas de forma activa) a la "secuencia roja" (galaxias que carecen de formación de estrellas). La actividad de formación de estrellas en las galaxias del valle verde se está ralentizando a medida que se agota el gas formador de estrellas en el medio interestelar. En galaxias simuladas con propiedades similares a la galaxia de Andrómeda, se espera que la formación de estrellas se extinga en unos cinco mil millones de años, incluso teniendo en cuenta el aumento esperado a corto plazo de la tasa de formación de estrellas debido a la colisión entre la galaxia de Andrómeda y la Vía Láctea. [78]

Estructura

Un panorama de estrellas en primer plano y el núcleo de la galaxia de Andrómeda.
Un recorrido narrado por la galaxia de Andrómeda, realizado por el equipo del satélite Swift de la NASA

Basándose en su apariencia en luz visible, la galaxia de Andrómeda está clasificada como una galaxia SA(s)b en el sistema de clasificación extendido de Vaucouleurs-Sandage de galaxias espirales. [1] Sin embargo, los datos infrarrojos del sondeo 2MASS y del telescopio espacial Spitzer mostraron que Andrómeda es en realidad una galaxia espiral barrada , como la Vía Láctea, con el eje mayor de la barra de Andrómeda orientado 55 grados en sentido antihorario desde el eje mayor del disco. [79]

Existen varios métodos utilizados en astronomía para definir el tamaño de una galaxia, y cada método puede producir resultados diferentes entre sí. El más comúnmente empleado es el estándar D 25 , la isofota donde el brillo fotométrico de una galaxia en la banda B (longitud de onda de la luz de 445 nm, en la parte azul del espectro visible ) alcanza 25 mag/arcsec 2 . [80] El Tercer Catálogo de Referencia de Galaxias Brillantes (RC3) utilizó este estándar para Andrómeda en 1991, produciendo un diámetro isofota de 46,56 kiloparsecs (152.000 años luz) a una distancia de 2,5 millones de años luz. [8] Una estimación anterior de 1981 dio un diámetro para Andrómeda de 54 kiloparsecs (176.000 años luz). [81]

Un estudio realizado en 2005 con los telescopios Keck muestra la existencia de una tenue dispersión de estrellas, o halo galáctico , que se extiende hacia afuera de la galaxia. [9] Las estrellas en este halo se comportan de manera diferente a las del disco galáctico principal de Andrómeda, donde muestran movimientos orbitales más bien desorganizados en comparación con las estrellas del disco principal que tienen órbitas más ordenadas y velocidades uniformes de 200 km/s. [9] Este halo difuso se extiende hacia afuera alejándose del disco principal de Andrómeda con un diámetro de 67,45 kiloparsecs (220.000 años luz). [9]

La galaxia está inclinada unos 77° con respecto a la Tierra (un ángulo de 90° sería de canto). El análisis de la forma de la sección transversal de la galaxia parece demostrar una pronunciada deformación en forma de S, en lugar de un simple disco plano. [82] Una posible causa de dicha deformación podría ser la interacción gravitatoria con las galaxias satélite cercanas a la galaxia de Andrómeda. La galaxia M33 podría ser responsable de cierta deformación en los brazos de Andrómeda, aunque se requieren distancias y velocidades radiales más precisas.

Los estudios espectroscópicos han proporcionado mediciones detalladas de la velocidad de rotación de la galaxia de Andrómeda en función de la distancia radial desde el núcleo. La velocidad de rotación tiene un valor máximo de 225 km/s (140 mi/s) a 1.300 años  luz (82.000.000  UA ) del núcleo, y tiene un mínimo posiblemente tan bajo como 50 km/s (31 mi/s) a 7.000 años luz (440.000.000 UA) del núcleo. Más allá, la velocidad de rotación aumenta hasta un radio de 33.000 años luz (2,1 × 10 9  UA), donde alcanza un pico de 250 km/s (160 mi/s). Las velocidades disminuyen lentamente más allá de esa distancia, cayendo a alrededor de 200 km/s (120 mi/s) a 80.000 años luz (5,1 × 10 9  UA). Estas mediciones de velocidad implican una masa concentrada de aproximadamente 6 × 109  M ☉ en el núcleo . La masa total de la galaxia aumenta linealmente hasta 45.000 años luz (2,8 × 10 9  UA), y luego más lentamente más allá de ese radio. [83]

Los brazos espirales de la galaxia de Andrómeda están delineados por una serie de regiones HII , estudiadas por primera vez en gran detalle por Walter Baade y descritas por él como si se tratara de "cuentas en un hilo". Sus estudios muestran dos brazos espirales que parecen estar fuertemente enrollados, aunque están más espaciados que en nuestra galaxia. [84] Sus descripciones de la estructura espiral, a medida que cada brazo cruza el eje mayor de la galaxia de Andrómeda, son las siguientes [85] §pp1062 [86] §pp92 :

Imagen de la galaxia de Andrómeda tomada por Spitzer en infrarrojo, 24 micrómetros (Crédito: NASA / JPL – Caltech /Karl D. Gordon, Universidad de Arizona )

Dado que la galaxia de Andrómeda se ve de canto, es difícil estudiar su estructura espiral. Las imágenes rectificadas de la galaxia parecen mostrar una galaxia espiral bastante normal, que exhibe dos brazos de cola continuos que están separados entre sí por un mínimo de aproximadamente 13.000 años  luz (820.000.000  UA ) y que pueden seguirse hacia afuera desde una distancia de aproximadamente 1.600 años luz (100.000.000 UA) desde el núcleo. Se han propuesto estructuras espirales alternativas, como un solo brazo espiral [87] o un patrón floculento [88] de brazos espirales largos, filamentosos y gruesos. [1] [89]

Se cree que la causa más probable de las distorsiones del patrón espiral es la interacción con las galaxias satélite M32 y M110 . [90] Esto se puede ver por el desplazamiento de las nubes de hidrógeno neutro de las estrellas. [91]

En 1998, las imágenes del Observatorio Espacial Infrarrojo de la Agencia Espacial Europea demostraron que la forma general de la Galaxia de Andrómeda puede estar transformándose en una galaxia en anillo . El gas y el polvo dentro de la galaxia generalmente están formados en varios anillos superpuestos, con un anillo particularmente prominente formado en un radio de 32.000 años luz (9,8 kpc) desde el núcleo, [92] apodado por algunos astrónomos el anillo de fuego . [93] Este anillo está oculto a las imágenes de luz visible de la galaxia porque está compuesto principalmente de polvo frío, y la mayor parte de la formación estelar que está teniendo lugar en la Galaxia de Andrómeda se concentra allí. [94]

Estudios posteriores realizados con la ayuda del telescopio espacial Spitzer mostraron que la estructura espiral de la galaxia de Andrómeda en el infrarrojo parece estar compuesta por dos brazos espirales que emergen de una barra central y continúan más allá del gran anillo mencionado anteriormente. Sin embargo, esos brazos no son continuos y tienen una estructura segmentada. [90]

Un examen minucioso de la región interior de la galaxia de Andrómeda con el mismo telescopio también mostró un anillo de polvo más pequeño que se cree que fue causado por la interacción con M32 hace más de 200 millones de años. Las simulaciones muestran que la galaxia más pequeña pasó a través del disco de la galaxia de Andrómeda a lo largo del eje polar de esta última. Esta colisión despojó a la galaxia más pequeña de M32 de más de la mitad de la masa y creó las estructuras de anillo en Andrómeda. [95] Es la coexistencia de la característica similar a un anillo grande conocida desde hace mucho tiempo en el gas de Messier 31, junto con esta estructura similar a un anillo interior recién descubierta, desplazada del baricentro , lo que sugirió una colisión casi frontal con el satélite M32, una versión más suave del encuentro de Cartwheel . [96]

Los estudios del halo extendido de la galaxia de Andrómeda muestran que es aproximadamente comparable al de la Vía Láctea, con estrellas en el halo que son generalmente " pobres en metales ", y cada vez más pobres a medida que aumenta la distancia. [58] Esta evidencia indica que las dos galaxias han seguido caminos evolutivos similares. Es probable que hayan acumulado y asimilado alrededor de 100 a 200 galaxias de baja masa durante los últimos 12 mil millones de años. [97] Las estrellas en los halos extendidos de la galaxia de Andrómeda y la Vía Láctea pueden extenderse casi un tercio de la distancia que separa las dos galaxias.

Núcleo

Imagen del Hubble del núcleo de la galaxia de Andrómeda que muestra P1, P2 y P3, donde P3 contiene M31*. Foto de la NASA / ESA

Se sabe que la galaxia de Andrómeda alberga un cúmulo estelar denso y compacto en su mismo centro, similar a nuestra propia galaxia . Un gran telescopio crea una impresión visual de una estrella incrustada en el bulbo circundante más difuso. En 1991, el telescopio espacial Hubble se utilizó para obtener imágenes del núcleo interno de la galaxia de Andrómeda. El núcleo consta de dos concentraciones separadas por 1,5  pc (4,9 años  luz ). La concentración más brillante, designada como P1, está desplazada del centro de la galaxia. La concentración más tenue, P2, cae en el verdadero centro de la galaxia y contiene un cúmulo estelar incrustado, llamado P3, [98] que contiene muchas estrellas A brillantes en UV y el agujero negro supermasivo , llamado M31*. [99] [100] El agujero negro está clasificado como un AGN de ​​baja luminosidad (LLAGN) y se detectó solo en longitudes de onda de radio y en rayos X. [100] Estuvo inactivo en 2004-2005, pero fue muy variable en 2006-2007. [99] La masa de M31* se midió en 3–5 × 10 7 M ☉ en 1993, [101] y en 1,1–2,3 × 10 8 M ☉ en 2005. [98] La dispersión de velocidad del material a su alrededor se mide en ≈ 160  km/s (100  mi/s ). [102]

Se ha propuesto que el doble núcleo observado podría explicarse si P1 es la proyección de un disco de estrellas en una órbita excéntrica alrededor del agujero negro central. [103] La excentricidad es tal que las estrellas permanecen en el apocentro orbital , creando una concentración de estrellas. Se ha postulado que dicho disco excéntrico podría haberse formado a partir del resultado de una fusión previa de agujeros negros, donde la liberación de ondas gravitacionales podría haber "pateado" a las estrellas a su distribución excéntrica actual. [104] P2 también contiene un disco compacto de estrellas calientes de clase espectral A. Las estrellas A no son evidentes en filtros más rojos, pero en luz azul y ultravioleta dominan el núcleo, haciendo que P2 parezca más prominente que P1. [105]

Si bien en el momento inicial de su descubrimiento se planteó la hipótesis de que la parte más brillante del núcleo doble era el remanente de una pequeña galaxia "canibalizada" por la galaxia de Andrómeda, [106] esta ya no se considera una explicación viable, en gran medida porque un núcleo de este tipo tendría una vida extremadamente corta debido a la disrupción de marea por el agujero negro central. Si bien esto podría resolverse parcialmente si P1 tuviera su propio agujero negro para estabilizarlo, la distribución de estrellas en P1 no sugiere que haya un agujero negro en su centro. [103]

Fuentes discretas

La galaxia de Andrómeda en rayos X de alta energía y luz ultravioleta (publicado el 5 de enero de 2016)

Al parecer, a finales de 1968 no se habían detectado rayos X procedentes de la galaxia de Andrómeda. [107] Un vuelo en globo el 20 de octubre de 1970 estableció un límite superior para los rayos X duros detectables de la galaxia de Andrómeda. [108] El sondeo de todo el cielo Swift BAT detectó con éxito rayos X duros procedentes de una región centrada a 6 segundos de arco del centro de la galaxia. Más tarde se descubrió que la emisión por encima de los 25 keV se originaba en una única fuente denominada 3XMM J004232.1+411314 , y se identificó como un sistema binario en el que un objeto compacto (una estrella de neutrones o un agujero negro) acreta materia de una estrella. [109]

Desde entonces, se han detectado múltiples fuentes de rayos X en la galaxia de Andrómeda, utilizando observaciones del observatorio orbital XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea (ESA) . Robin Barnard et al. plantearon la hipótesis de que se trata de candidatos a agujeros negros o estrellas de neutrones , que están calentando el gas entrante a millones de kelvin y emitiendo rayos X. Las estrellas de neutrones y los agujeros negros se pueden distinguir principalmente midiendo sus masas. [110] Una campaña de observación de la misión espacial NuSTAR identificó 40 objetos de este tipo en la galaxia. [111] En 2012, se detectó un microcuásar , una ráfaga de radio que emana de un agujero negro más pequeño, en la galaxia de Andrómeda. El agujero negro progenitor se encuentra cerca del centro galáctico y tiene unos 10 M ☉ . Fue descubierto a través de datos recopilados por la sonda XMM-Newton de la Agencia Espacial Europea y posteriormente fue observado por la Swift Gamma-Ray Burst Mission de la NASA y el Observatorio de rayos X Chandra , el Very Large Array y el Very Long Baseline Array . El microcuásar fue el primero observado dentro de la galaxia de Andrómeda y el primero fuera de la Vía Láctea. [112]

Cúmulos globulares

Cúmulos estelares en la galaxia de Andrómeda [113]

Hay aproximadamente 460 cúmulos globulares asociados con la galaxia de Andrómeda. [114] El más masivo de estos cúmulos, identificado como Mayall II , apodado Globular Uno, tiene una mayor luminosidad que cualquier otro cúmulo globular conocido en el Grupo Local de galaxias. [115] Contiene varios millones de estrellas y es aproximadamente el doble de luminoso que Omega Centauri , el cúmulo globular más brillante conocido en la Vía Láctea. Globular Uno (o G1) tiene varias poblaciones estelares y una estructura demasiado masiva para un globular ordinario. Como resultado, algunos consideran que G1 es el núcleo remanente de una galaxia enana que fue consumida por Andrómeda en el pasado distante. [116] El globular con el mayor brillo aparente es G76 que se encuentra en la mitad oriental del brazo suroeste. [21] Se pensaba que otro cúmulo globular masivo, llamado 037-B327 y descubierto en 2006, muy enrojecido por el polvo interestelar de la galaxia de Andrómeda , era más masivo que G1 y el cúmulo más grande del Grupo Local; [117] sin embargo, otros estudios han demostrado que en realidad es similar en propiedades a G1. [118]

A diferencia de los cúmulos globulares de la Vía Láctea, que muestran una dispersión de edad relativamente baja, los cúmulos globulares de la galaxia de Andrómeda tienen un rango de edades mucho más amplio: desde sistemas tan antiguos como la galaxia misma hasta sistemas mucho más jóvenes, con edades entre unos pocos cientos de millones de años y cinco mil millones de años. [119]

En 2005, los astrónomos descubrieron un tipo de cúmulo estelar completamente nuevo en la galaxia de Andrómeda. Los cúmulos recién descubiertos contienen cientos de miles de estrellas, una cantidad similar a la que se puede encontrar en los cúmulos globulares. Lo que los distingue de estos últimos es que son mucho más grandes (de varios cientos de años luz de diámetro) y cientos de veces menos densos. Por lo tanto, las distancias entre las estrellas son mucho mayores en los cúmulos extendidos recién descubiertos. [120]

El cúmulo globular más masivo de la galaxia de Andrómeda, B023-G078, probablemente tiene un agujero negro intermedio central de casi 100.000 masas solares. [121]

Evento PA-99-N2 y posible exoplaneta en la galaxia

PA-99-N2 fue un evento de microlente detectado en la galaxia de Andrómeda en 1999. Una de las explicaciones para esto es la lente gravitacional de una gigante roja por una estrella con una masa entre 0,02 y 3,6 veces la del Sol , lo que sugirió que la estrella probablemente está orbitada por un planeta. Este posible exoplaneta tendría una masa 6,34 veces la de Júpiter. Si finalmente se confirma, sería el primer planeta extragaláctico jamás encontrado . Sin embargo, más tarde se encontraron anomalías en el evento. [122]

Galaxias cercanas y satélites

La galaxia de Andrómeda con las galaxias satélite M32 (centro a la izquierda sobre el núcleo galáctico ) y M110 (centro a la derecha debajo de la galaxia)

Al igual que la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda tiene galaxias satélite más pequeñas , que consisten en más de 20 galaxias enanas conocidas . La población de galaxias enanas de la galaxia de Andrómeda es muy similar a la de la Vía Láctea, pero las galaxias son mucho más numerosas. [123] Las galaxias satélite más conocidas y más fácilmente observables son M32 y M110 . Según la evidencia actual, parece que M32 experimentó un encuentro cercano con la galaxia de Andrómeda en el pasado. M32 puede haber sido alguna vez una galaxia más grande a la que M31 le quitó su disco estelar y experimentó un marcado aumento de la formación de estrellas en la región central, que duró hasta un pasado relativamente reciente. [124]

M110 también parece estar interactuando con la galaxia de Andrómeda, y los astrónomos han encontrado en el halo de esta última una corriente de estrellas ricas en metales que parecen haber sido arrancadas de estas galaxias satélite. [125] M110 contiene una franja polvorienta, que puede indicar una formación estelar reciente o en curso. [126] M32 también tiene una población estelar joven. [127]

La galaxia del Triángulo es una galaxia no enana que se encuentra a 750.000 años luz de Andrómeda. Actualmente se desconoce si es un satélite de Andrómeda. [128]

En 2006 se descubrió que nueve de las galaxias satélite se encuentran en un plano que intersecta el núcleo de la galaxia de Andrómeda; no están dispuestas aleatoriamente como cabría esperar de interacciones independientes. Esto puede indicar un origen mareal común para las galaxias satélite. [129]

Colisión con la Vía Láctea

Ilustración de la trayectoria de colisión entre la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda

La galaxia de Andrómeda se está acercando a la Vía Láctea a unos 110 kilómetros (68 millas) por segundo. [130] Se ha medido que se acerca con respecto al Sol a unos 300 km/s (190 mi/s) [1] mientras el Sol orbita alrededor del centro de la galaxia a una velocidad de aproximadamente 225 km/s (140 mi/s). Esto hace que la galaxia de Andrómeda sea una de las aproximadamente 100 galaxias desplazadas al azul observables. [131] La velocidad tangencial o lateral de la galaxia de Andrómeda con respecto a la Vía Láctea es relativamente mucho menor que la velocidad de aproximación y, por lo tanto, se espera que colisione directamente con la Vía Láctea en unos 2500 a 4000 millones de años. Un resultado probable de la colisión es que las galaxias se fusionarán para formar una galaxia elíptica gigante [132] o posiblemente una gran galaxia de disco . [16] Tales eventos son frecuentes entre las galaxias en grupos de galaxias . Actualmente se desconoce el destino de la Tierra y el Sistema Solar en caso de colisión. Antes de que las galaxias se fusionen, existe una pequeña posibilidad de que el Sistema Solar sea expulsado de la Vía Láctea o se una a la Galaxia de Andrómeda. [133]

Observación amateur

Imagen superpuesta que muestra los tamaños de la Luna y la galaxia de Andrómeda tal como se observan desde la Tierra. Como la galaxia no es muy brillante desde el punto de vista de un aficionado, su tamaño no es evidente. [134] [135]

En la mayoría de las condiciones de observación, la galaxia de Andrómeda es uno de los objetos más distantes que se pueden ver a simple vista , debido a su gran tamaño. ( M33 y, para observadores con una visión excepcionalmente buena, M81 se pueden ver en cielos muy oscuros ). [136] [137] [138] [139] La galaxia se encuentra comúnmente en el cielo sobre las constelaciones de Casiopea y Pegaso . Andrómeda se ve mejor durante las noches de otoño en el hemisferio norte cuando pasa alto, alcanzando su punto más alto alrededor de la medianoche en octubre, y dos horas antes cada mes sucesivo. Al anochecer, sale por el este en septiembre y se pone por el oeste en febrero. [140] Desde el hemisferio sur, la galaxia de Andrómeda es visible entre octubre y diciembre, y se ve mejor desde el punto más al norte posible. Los binoculares pueden revelar algunas estructuras más grandes de la galaxia y sus dos galaxias satélite más brillantes , M32 y M110 . [141] Un telescopio amateur puede revelar el disco de Andrómeda, algunos de sus cúmulos globulares más brillantes, bandas de polvo oscuro y la gran nube estelar NGC 206. [ 142] [143]

Véase también

Notas

  1. ^ ab Magnitud absoluta del azul de −20,89 – Índice de color de 0,63 = −21,52
  2. ^ Este es el diámetro medido a través del estándar D 25. El halo se extiende hasta una distancia de 67,45 kiloparsecs (220 × 10 3  ly). [9]^
  3. ^ J00443799+4129236 está en coordenadas celestes R.A. 00 h 44 m 37,99 s , Dec. +41° 29′ 23,6″.
  4. ^ promedio(787 ± 18, 770 ± 40, 772 ± 44, 783 ± 25) = ((787 + 770 + 772 + 783) / 4) ± (18 2 + 40 2 + 44 2 + 25 2 ) 0,5 / 2 = 778 ± 33.
  5. ^ Magnitud absoluta azul de −21,58 (ver referencia) – Índice de color de 0,63 = magnitud visual absoluta de −22,21

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