I en landmärkestudie, forskare som använder NASA:s rymdteleskop Hubble har kartlagt det enorma gashöljet, kallas en halo, som omger Andromedagalaxen, vår närmaste stora galaktiska granne. Forskare blev förvånade över att finna att denna svaga, nästan osynlig halo av diffus plasma sträcker sig 1,3 miljoner ljusår från galaxen – ungefär halvvägs till vår Vintergatan – och så långt som 2 miljoner ljusår i vissa riktningar. Det betyder att Andromedas gloria redan stöter in i gloria av vår egen galax.

De fann också att halo har en skiktad struktur, med två huvudkapslade och distinkta skal av gas. Detta är den mest omfattande studien av en halo som omger en galax.

"Att förstå de enorma glororna av gas som omger galaxer är oerhört viktigt, " förklarade medutredaren Samantha Berek från Yale University i New Haven, Connecticut. "Denna gasreservoar innehåller bränsle för framtida stjärnbildning i galaxen, samt utflöden från händelser som supernovor. Den är full av ledtrådar om galaxens tidigare och framtida utveckling, och vi kan äntligen studera det i detalj i vår närmaste galaktiska granne."

"Vi finner att det inre skalet som sträcker sig till ungefär en halv miljon ljusår är mycket mer komplext och dynamiskt, " förklarade studieledare Nicolas Lehner från University of Notre Dame i Indiana. "Det yttre skalet är slätare och hetare. Denna skillnad är sannolikt ett resultat av påverkan av supernovaaktivitet i galaxens skiva som mer direkt påverkar den inre gloria."

En signatur för denna aktivitet är lagets upptäckt av en stor mängd tunga grundämnen i Andromedas gasformiga halo. Tyngre grundämnen kokas upp i stjärnornas inre och kastas sedan ut i rymden – ibland våldsamt när en stjärna dör. Halon är sedan förorenad med detta material från stjärnexplosioner.

Andromedagalaxen, även känd som M31, är en majestätisk spiral av kanske så många som 1 biljon stjärnor och jämförbar i storlek med vår Vintergatan. På ett avstånd av 2,5 miljoner ljusår, den är så nära oss att galaxen framstår som en cigarrformad ljusfläck högt på hösthimlen. Om dess gasformiga halo kunde ses med blotta ögat, den skulle vara ungefär tre gånger så bred som Stora björnen. Detta skulle lätt vara den största funktionen på natthimlen.

Genom ett program som heter Project AMIGA (Absorption Map of Ionized Gas in Andromeda), studien undersökte ljuset från 43 kvasarer – de mycket avlägsna, lysande kärnor av aktiva galaxer som drivs av svarta hål – belägna långt bortom Andromeda. Kvasarerna är utspridda bakom glorian, gör det möjligt för forskare att undersöka flera regioner. Ser genom glorian på kvasarernas ljus, teamet observerade hur detta ljus absorberas av Andromeda-glorian och hur den absorptionen förändras i olika regioner. Den enorma Andromeda-halon är gjord av mycket förtärnad och joniserad gas som inte avger strålning som är lätt att upptäcka. Därför, att spåra absorptionen av ljus som kommer från en bakgrundskälla är ett bättre sätt att undersöka detta material.

Forskarna använde den unika förmågan hos Hubbles Cosmic Origins Spectrograph (COS) för att studera det ultravioletta ljuset från kvasarerna. Ultraviolett ljus absorberas av jordens atmosfär, vilket gör det omöjligt att observera med markbaserade teleskop. Teamet använde COS för att detektera joniserad gas från kol, kisel, och syre. En atom blir joniserad när strålning avlägsnar en eller flera elektroner från den.

Andromedas gloria har undersökts tidigare av Lehners team. 2015, de upptäckte att Andromeda-glorian är stor och massiv. Men det fanns lite antydan om dess komplexitet; nu, det är kartlagt mer i detalj, vilket leder till att dess storlek och massa bestäms mycket mer exakt.

"Tidigare, det fanns väldigt lite information – bara sex kvasarer – inom 1 miljon ljusår från galaxen. Detta nya program ger mycket mer information om denna inre region av Andromedas gloria, " förklarade medutredaren J. Christopher Howk, även av Notre Dame. "Det är viktigt att sondera gas inom denna radie, eftersom det representerar något av en gravitationssfär av inflytande för Andromeda."

Eftersom vi bor inne i Vintergatan, forskare kan inte lätt tolka signaturen för vår egen galaxs halo. Dock, de tror att Andromedas och Vintergatans glorier måste vara väldigt lika eftersom dessa två galaxer är ganska lika. De två galaxerna är på kollisionskurs, och kommer att smälta samman och bilda en gigantisk elliptisk galax som börjar om cirka 4 miljarder år från nu.

Forskare har studerat gasformiga halos från mer avlägsna galaxer, men de galaxerna är mycket mindre på himlen, vilket betyder att antalet tillräckligt ljusa bakgrundskvasarer för att undersöka deras halo är vanligtvis bara en per galax. Rumslig information går därför i huvudsak förlorad. Med sin närhet till jorden, Andromedas gasformiga halo skymtar stort på himlen, möjliggör en mycket mer omfattande provtagning.

"Detta är verkligen ett unikt experiment eftersom endast med Andromeda har vi information om dess gloria längs inte bara en eller två siktlinjer, men över 40, " förklarade Lehner. "Detta är banbrytande för att fånga komplexiteten hos en galaxgloria bortom vår egen Vintergatan."

Faktiskt, Andromeda är den enda galaxen i universum för vilken detta experiment kan göras nu, och bara med Hubble. Endast med ett ultraviolett-känsligt framtida rymdteleskop kommer forskare att rutinmässigt kunna genomföra denna typ av experiment bortom de cirka 30 galaxer som består av den lokala gruppen.

"Så Project AMIGA har också gett oss en glimt av framtiden, sa Lehner.

Teamets resultat visas i den 27 augusti upplagan av The Astrophysical Journal .