Astronomai mano, kad žvaigždės susidaro žlungančių šaltų vandenilio dujų debesyse. Šiuos debesis yra labai sunku pastebėti, nes Žemės atmosfera sugeria daug šviesos, kurią skleidžia; tačiau visuomet taip pat yra kitų dujų, anglies monoksido, ir jas galima lengvai pastebėti iš Žemės. Makso Plancko radijo astronomijos instituto astronomai sukūrė išsamų šių žvaigždžių formavimo regionų Andromedos galaktikoje žemėlapį.
Kaip formuojasi žvaigždės? Tai yra vienas svarbiausių astronomijos klausimų. Mes žinome, kad žvaigždžių susidarymas vyksta šaltuose dujų debesyse, kurių temperatūra yra žemesnė kaip –220 C (50 K). Tik šiuose tankiuose dujose esančiuose regionuose gravitacija gali sukelti griūtį, taigi ir žvaigždžių susidarymą. Šaltų dujų debesys galaktikose yra sudaryti iš molekulinio vandenilio, H2 (du vandenilio atomai, sujungti kaip viena molekulė). Ši molekulė skleidžia silpną spektro liniją infraraudonųjų spindulių spektro juostoje, kurios neįmanoma pastebėti Žemės teleskopuose, nes atmosfera sugeria šią radiaciją. Todėl astronomai tiria kitą molekulę, kuri visada randama H2 kaimynystėje, būtent anglies monoksidą, CO. Intensyvią CO spektrinę liniją, kurios bangos ilgis yra 2,6 mm, galima stebėti radijo teleskopu, išdėstytu atmosferos atžvilgiu palankiose vietose: aukštoje ir sausi kalnai, dykumoje ar prie Pietų ašigalio. Kosminėje erdvėje anglies monoksidas yra sąlygų, leidžiančių formuotis naujoms žvaigždėms ir planetoms, rodiklis.
Mūsų galaktikoje, Pieno kelyje, ilgą laiką buvo atlikti anglies monoksido pasiskirstymo tyrimai. Astronomai per ateinančius milijonus metų suranda pakankamai šaltų dujų žvaigždėms susiformuoti. Tačiau į daugelį klausimų neatsakyta; pavyzdžiui, kaip egzistuoja ši molekulinių dujų žaliava. Ar ją tiekia ankstyvasis „Galaxy“ vystymosi etapas, ar ji gali būti pagaminta iš šiltesnių atominių dujų? Ar molekulinis debesis gali žlugti savaime, ar jam reikia išorės veiksmų, kad jis būtų nestabilus ir žlugtų? Kadangi Saulė yra Paukščių Tako diske, labai sunku gauti mūsų galaktikoje vykstančių procesų apžvalgą. Žvilgsnis iš „išorės“ padėtų ir žvilgsnis į mūsų kosminius kaimynus.
Andromedos galaktika, taip pat žinoma savo katalogo numeriu M31, yra milijardų žvaigždžių sistema, panaši į mūsų Paukščių kelią. M31 atstumas yra „tik“ 2,5 milijono šviesos metų, todėl tai yra artimiausia spiralinė galaktika. Galaktika danguje išsikiša apie 5 laipsnius ir plika akimi gali būti matoma kaip mažas difuzinis debesis. Šio kosminio kaimyno tyrimai gali padėti suprasti procesus mūsų pačių galaktikoje. Deja, matome M31 dujų ir žvaigždžių diską, esantį beveik krašte (žr. 1 pav., Dešinėje).
1995 m. Radijo astronomų komanda prie Instituto de Radioastronomie Millimé trique (IRAM) Grenoblyje (Michel Guéline, Hans Ungerechts, Robert Lucas) ir Maxo Plancko radijo astronomijos institutas (MPIfR) Bonoje (Christoph Nieten, Nikolausas Neiningeris, Elly Berkhuijsenas, Raineris Beckas, Richardas Wielebinskis) pradėjo ambicingą projektą, kurio tikslas - visos Andromedos galaktikos žemėlapio sudarymas anglies monoksido spektrinėje linijoje. Šiam projektui naudoti buvo 30 metrų IRAM radijo teleskopas, esantis ant Pico Veleta (2970 metrų) netoli Granados, Ispanijoje. 23 kampo skiriamąja geba (stebint 115 GHz dažnį = 2,6 mm bangos ilgio) reikėjo išmatuoti 1,5 milijono atskirų padėčių. Stebėjimo procesui pagreitinti buvo naudojamas naujas matavimo metodas. Užuot stebėjęs kiekvienoje vietoje, radioteleskopas buvo važiuojamas juostomis per galaktiką nuolat registruojant duomenis. Šis stebėjimo metodas, vadinamas „skristi“, buvo specialiai sukurtas M31 projektui; dabar tai yra įprasta praktika ne tik prie „Pico Veleta“ radijo teleskopo, bet ir prie kitų teleskopų, stebinčių milimetrų bangos ilgiais.
Kiekvienai stebėtai M31 padėčiai buvo užfiksuota ne viena CO intensyvumo vertė, bet 256 vertės vienu metu visame spektre, kai juostos plotis buvo 0,2% nuo 2,6 mm centrinės bangos ilgio. Taigi visą stebėjimo duomenų rinkinį sudaro apie 400 milijonų skaičių! Tiksli CO linijos padėtis spektre suteikia mums informacijos apie šaltų dujų greitį. Jei dujos juda link mūsų, tada linija pasislenka į trumpesnį bangos ilgį. Kai šaltinis tolsta nuo mūsų, tada matome poslinkį į ilgesnius bangos ilgius. Tai yra tas pats efektas (Doplerio efektas), kurį galime išgirsti, kai greitosios pagalbos sirena juda link mūsų arba tolyn nuo mūsų. Astronomijoje Doplerio efektas leidžia ištirti dujų debesų judesius; galima atskirti net skirtingo greičio debesis, matomus toje pačioje regėjimo linijoje. Jei spektrinė linija yra plati, tada debesis gali išsiplėsti, kitaip jį sudaro keli debesys skirtingu greičiu.
Stebėjimai buvo baigti 2001 m. Turint daugiau nei 800 valandų teleskopo laiką, tai yra vienas didžiausių stebėjimo projektų, atliktų naudojant IRAM ar MPIfR teleskopus. Atlikus išsamų duomenų apdorojimą ir išanalizavus didžiulius duomenų kiekius, ką tik buvo paskelbtas visas M31 šaltų dujų pasiskirstymas (žr. 1 pav., Kairėje).
Šaltos dujos M31 yra koncentruotos labai filigrinėse struktūrose spiralinėse rankose. CO linija atrodo gerai pritaikyta spiralinės rankos struktūrai atsekti. Išskirtinės spiralinės rankos yra matomos 25 000–40 000 šviesmečių atstumu nuo Andromedos centro, kur dažniausiai susidaro žvaigždės. Centriniuose regionuose, kur yra didžioji dalis senesnių žvaigždžių, CO ginklai yra daug silpnesni. Dėl didelio M31 polinkio į regėjimo liniją (apie 78 laipsnius) spiralinės rankos atrodo kaip didelis, elipsinis žiedas, kurio pagrindinė ašis yra 2 laipsniai. Tiesą sakant, ilgą laiką neteisingai Andromeda buvo laikoma „žiedo“ galaktika.
Dujų greičio žemėlapis (žr. 2 pav.) Primena milžiniškos ugnies rato akimirksnį. Iš vienos pusės (pietuose, kairėje) CO dujos juda maždaug 500 km / sek. Link mūsų (mėlyna), bet iš kitos pusės (šiaurė, dešinė) „tik“ 100 km / sek. (Raudona). Kadangi Andromeda galaktika juda link mūsų maždaug 300 km / sekundės greičiu, ji maždaug per 2 milijardus metų praeis Paukščių Taką. Be to, M31 sukasi apie 200 km / sek. Aplink savo centrinę ašį. Kadangi vidiniai CO debesys juda trumpesniu keliu nei išoriniai debesys, jie gali aplenkti vienas kitą. Tai veda prie spiralinės struktūros.
Šaltų molekulinių dujų tankis spiralinėse sruogose yra daug didesnis nei tuose regionuose, o atominės dujos pasiskirsto tolygiau. Tai rodo, kad molekulinės dujos susidaro iš atominių dujų spiralinėse rankose, ypač siaurame žvaigždės formavimo žiede. Šio žiedo kilmė vis dar neaiški. Gali būti, kad šio žiedo dujos yra tik medžiaga, dar nenaudota žvaigždėms. O galbūt labai reguliarus M31 magnetinis laukas sukelia žvaigždės formavimąsi spiralinėse rankose. Stebėjimai Effelsbergo teleskopu parodė, kad magnetinis laukas atidžiai seka spiralines puses, matomas CO.
Žvaigždžių susidarymo žiedas („gimimo zona“) mūsų pačių Paukščių Take, besitęsiantis nuo 10 000 iki 20 000 šviesmečių nuo centro, yra mažesnis nei M31. Nepaisant to, jame yra beveik 10 kartų daugiau molekulinių dujų (žr. Priedėlio lentelę). Kadangi visos galaktikos yra maždaug tokio paties amžiaus, Paukščių Takas buvo ekonomiškesnis dėl savo žaliavų. Kita vertus, daugybė senų žvaigždžių, esančių netoli M31 centro, rodo, kad praeityje žvaigždžių susidarymo greitis buvo daug didesnis nei dabar: čia dauguma dujų jau buvo perdirbtos. Naujasis CO žemėlapis rodo, kad Andromeda praeityje buvo labai efektyvus formuojant žvaigždes. Po kelių milijardų metų mūsų pieno kelias gali atrodyti panašus į Andromedą.
Originalus šaltinis: Makso Plancko instituto pranešimas spaudai
