M31 ist eine relativ große Spiralgalaxie, die in der Lokalen Gruppe, zu der die Milchstraße auch gehört, zu finden ist. In dieser Lokalen Gruppe, einem  Segment, das fünf bis acht Millionen Lichtjahre groß ist, befinden sich zahlreiche weitere Galaxien. Die großen Mitglieder in diesem Galaxienhaufen sind die Milchstraße und die etwa doppelt so große Andromedagalaxie. Sie machen bereits 95 Prozent der Masse der Lokalen Gruppe aus. Die restlichen fünf Prozent werden den 70 bekannten
und evtl. weiteren lichtschwachen Zwerggalaxien zugeordnet.

Bild s. unten https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/0a/5_Lokale_Gruppe_%28beschriftet%29.png;

https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en

1024px-5_Lokale_Gruppe_(beschriftet)

M31 ist sozusagen die Mutter aller Galaxien. Durch die Größe und Helligkeit ist sie mit bloßem Auge zu sehen. Die erste gesicherte Beschreibung der Andromedagalaxie stammt aus dem 10. Jahrhundert n. Chr. vom persischen Astronomen Al-Sufi, der sie „die kleine Wolke“ nannte. Messier schrieb die Erstendeckung Simon Marius zu, einem Hofastromen im 16. Jahrhundert aus Bayern. Dieser hatte sie 1612 als Erster durch ein Teleskop beobachtet und dabei festgestellt, dass er den Andromedanebel auch mit dem Fernrohr nicht in einzelne Sterne auflösen konnte. Daher stammt auch die Bezeichnung Andromedanebel. Messier schrieb am 3.08.1764 beim Eintrag in seinen Kalender "Schöner Nebel in Andromeda, ohne Sterne, ähneld zwei Konussen oder Lichtpyramiden die sich mit ihrer Basis gegenüberstehen".

Anhand der Andromedagalaxie wurde dann in den 1920er Jahren festgestellt, dass Spiralnebel eigenständige, außerhalb der Milchstraße gelegene Sternsysteme sind. Damit schritt der Erkenntnisgewinn einher, dass das Weltall neben der Milchstraße aus zahlreichen weiteren Galaxien besteht. Abweichungen zwischen berechneter und beobachteter Rotation in der Andromedagalaxie deuteten seit etwa 1940 auf Dunkle Materie oder (momentan favorisierte Theorie) eine Abweichung zur Newtonschen Dynamik (momentan heftig diskutiert) hin. Seit der Jahrtausendwende findet man vermehrte Spuren von  zurückliegenden(en) Kollision(en) mit anderen Galaxie (n).

Zur Andromeda-Galaxie gehören mehr als zehn kleinere Zwerggalaxien und andere Begleiter, die alle um die Zentralgalaxie rotieren:
M 32, M 110, NGC 147, NGC 185: elliptische Zwerggalaxien
IC 10, And IV, And VI, And VII: irreguläre Zwerggalaxien
And I, And II, And III, And V: kugelförmige Zwerggalaxien
LGS 3: irreguläre oder kugelförmige Zwerggalaxie, die aber wahrscheinlich mit dem Dreiecksnebel (M 33) assoziiert ist

Lange Zeit glaubte man, dass die Galaxie im Zentrum zwei supermassive Schwarze Löcher und ein paar Millionen dicht gepackter Sterne beherbergt, in gewisser Hinsicht also über zwei Zentren verfügt. Man ging davon aus, dass eines der supermassiven Schwarzen Löcher aus einer früheren Kollision mit einer anderen Galaxie stammt.
Neuere Daten des Hubble Weltraumteleskops zeigen aber, dass der Kern aus einem Ring roter, älterer und einem Ring jüngerer, blauer Sterne besteht, die in dem Gravitationsfeld eines supermassiven Schwarzen Lochs gefangen sind. Darüber hinaus wurden eine Reihe von Neutronensternen und kleineren Schwarzen Löchern im Zentrum der Galaxie ausgemacht. Im Außenbereich der Spiralarme befinden sich zudem Sternentstehungsgebiete, Staubwolken und 400 bis 500 Kugelsternhaufen. Besonders die Existenz von jungen, blauen Sterne im Zentrumbereich warf wieder neue Fragen auf, wie das enstanden sein könnte. 

(Lit. https://www.mpifr-bonn.mpg.de/518955/m31)

Die sternenreiche Region im Zentrum der Andromeda-Galaxie hat eine seltsame, längliche ovale Form, die auch als "exzentrische Kernscheibe“ bezeichnet wird. Im typischen Fall einer Spiralgalaxie würde man hier im Zentrum ein superschweres schwarzes Loch vermuten, um das sich die Spiralarme symetrisch drehen. Bei der Andromeda-Galaxie geht man davon aus, das hier das Ergebnis einer Kollision von zwei großen Spiralgalaxien vorliegt, dessen zwei schwarze Löcher umeinander kreisen und zu einer gewissen Unsymmetrie geführt haben. In einer aktuellen Publikation (Tatsuya Akiba and Ann-Marie Madigan 2021 ApJL 921 L12 DOI 10.3847/2041-8213/ac30d9) wurde eine umfangreiche Computersimulation von so einer Kollision durchgeführt, um das heutige Bild besser  erklären zu können. Eine heftige Kollision zweier supermassiver schwarzer Löcher läßt sie  immer schneller umeinander rotieren, bis sie irgendwann zusammenprallen und zu einem schwarzen Loch verschmelzen. Bei dieser Vereinigung werden heftige Gravitationswellen ausgestoßen (Vorhersage von Albert Einstein), die z.B. von Gravitationswellendetektoren auf der Erde (z.B. Liga-Observatorium) tatsächlich gemessen werden können (Nobelpreis Physik 2017).  Der Ausstoß einer großen Energiemenge muss nach dem Impulserhaltungsgestz physikalisch zu einem gewaltigen Rückstoß führen, der solch ein fusionierendes schwarzes Loch komplett aus der Galaxie herauschleudern kann! In der Andromeda-Galaxie ist das so wohl aber nicht erfolgt. Hier zieht  das gewaltige schwarze Loch an den Sternen in der Umgebung und erzeugt offenbar längliche Orbits, sodass ein galaktisches Zentrums mit einer langgestreckten Masse an Sternen gebildet wird, wie sie in der Andromeda-Galaxie sichtbar vorliegt.

Aktuelle Untersuchungen mit dem  Hubble-Weltraumteleskop zeigen, dass der Halo der Andromeda-Galaxie  deutlich größer ist, als bisher angenommen wurde. Diese Hülle aus Gas und Plasma  breitet sich zwischen 1,3 und 1,85 Millionen Lichtjahre ins Weltall aus und ist damit so riesig, dass sie sich mit dem wohl ähnlichen großem Halo unserer Milchstraße auch heute schon kreuzt. Könnte man das Andromeda-Halo  am Nachthimmel sehen, wäre er heute schon eine der größten sichtbaren Strukturen (Nicolas Lehner et al 2020 ApJ 900 9 DOI 10.3847/1538-4357/aba49c ). Dazu haben die Wissenschaftler   der University of Notre Dame Indiana das Hubble-Weltraumteleskop auf 43 Quasare gerichtet, die in diesem Raumsekment bekannt sind, entfernungsmäßi weit hinter der Andromedagalaxie liegen und die offenbar teilweise durch das Halo bedeckt werden. Quasare (quasi-stellar radio source) sind aktive Kerne einer Galaxie, die im sichtbaren Bereich des Lichts nahezu punktförmig erscheinen (wie ein Stern) und sehr große Energiemengen an Licht aussenden und dadurch leicht zu messen sind. Die Strahlungsemission eines Quasars stammt von einer rotierenden Scheibe leuchtender Materie, der Akkretionsscheibe, die ein supermassereiches Schwarzes Loch umgibt. Die Forscher analysierten ihr UV-Spektrum und konnten so Rückschlüsse auf die Größe und Struktur des Halos der Andromeda-Galaxie ziehen. Unsere Milchstraße wird auch so eine Halo-Gas-Wolke aussenden, die wir aber nicht direkt messen können. Der Halo ist voller Informationen über die Vergangenheit und Zukunft einer Galaxie. Die Forscher konnten Spuren von ionisiertem Silizium, Sauerstoff und Kohlenstoff nachweisen. Zudem wurden große Mengen schwerer Elemente entdeckt, die während Supernovaexplosionen entstanden sein müssen. Der Andromeda-Halo besteht  aus einer inneren und einer äußeren Schicht. Die innere Schicht erstreckt sich über 0.5 Mill. Lichtjahre und ist deutlich komplexer und dynamischer als die äußere.  Die äußere Hülle ist dafür gleichmäßiger und heißer.

Titanische Kollision: Andromeda-Galaxie vs. Milchstraße
Seit 1912 ist bekannt, dass sich M31 dem Sonnensystem nähert.  Licht von M31 zeigt eine Blauverschiebung als Zeichen einer Bewegung auf die Erde zu. Man geht von einer  Radialgeschwindigkeit von ca. 120 Kilometer pro Sekunde aus entlang der direkten Verbindungslinie zwischen Milchstraße und M31. Zusätzlich bewegen sich die Galaxien auch seitlich aufeinander zu. Diese Tangentialgeschwindigkeit und dessen exakter Winkel sind viel schwerer zu messen. Von diesen Werten hängt aber ab, ob sich die Galaxien frontal treffen,  wie bei einem Streifschuss aneinander vorbeifliegen oder sich in einer größeren Distanz passieren und dann in einer Schleife umkehren.
Inzwischen liegen Präzisionsmessungen von Sternbewegungen in M31 und M33 durch das Hubble-Weltraumteleskop und den Astrometriesatelliten Gaia vor, die das Problem im Wesentlichen lösen (2). An der Karambolage der Milchstraße mit M 31 führt kein Weg vorbei!!
Demnach wird es wohl in 4,5 Milliarden Jahren zu einem engen Vorbeiflug mit lediglich 400.000 Lichtjahren Abstand zwischen den Zentren von M 31 und unserer Galaxis kommen. Dabei spielt der Reibungsverlust durch das intergalaktische Medium kaum eine Rolle. Alsbald kehren die abgebremsten Galaxienkolosse um, rasen auf gekrümmten Bahnen erneut aufeinander zu und verformen und verwirbeln sich. Das geschieht umso schneller, je größer die Dichte der Materie zwischen den Galaxien ist. Dabei werden die Sternpopulationen der beiden Galaxien miteinander vermischt, und verlieren ihre flache Gestalt. Auch die inneren Regionen der Galaxien werden verschmelzen und ein Gewimmel aus zufällig verteilten Sternenbahnen bilden. Am Ende wird sich eine riesige elliptische Galaxie entstehen. Zur Kollision von Sternen kommt es dabei höchstwahrscheinlich nicht. Deren Distanzen sind relativ zu ihrem Durchmesser so riesig, dass sich die Galaxien in dieser Hinsicht berührungslos durchdringen. Anders verhält es sich mit den interstellaren Gas- und Staubwolken. Sie bilden heftige Stoßfronten aus und werden komprimiert oder verwirbelt. Durch diese Turbulenzen erhöht sich die Sternentstehungsrate enorm. Ein paar Dutzend Jahrmillionen nach dem wie in Zeitlupe ablaufenden Crash der Galaxien blühen überall helle junge Sternhaufen auf und verleihen dem Trümmerfeld neuen Glanz. Für den Betrachter würde es nachts zu einem gewaltigen Sternenbild kommen. Die Sonne wird definitiv aus ihrem jetzigen Verband herausgelöst und erreicht eine andere Position. Intelligente Lebensformen auf der Erde würden dies aber schon lange nicht mehr miterleben, da die Lebensdauer der Sonne sich ihrem Ende zuneigt. Sie bläht sich als roter Riese auf und wird die Erde dabei entweder direkt verschlingen oder zu mindestens verglühen. Wahrscheinlich bildet die Sonne dabei einen hoffentlich schönen planetarischen Nebel aus, der von Hobbyastronomen irgendwo in der neuen Galaxie  beobachtet werden könnte.

1. Rüdiger Vaas  https://mint-zirkel.de/2022/06/kollision-der-giganten/.
2. Cowen, R. Andromeda on collision course with the Milky Way. Nature (2012). https://doi.org/10.1038/nature.2012.10765
3. Sangmo Tony Sohn et al 2012 ApJ 753 7 DOI 10.1088/0004-637X/753/1/7

Für den Astrophotographen ist M31 sehr schön und problematisch zu gleich, da diese Galaxie so relativ nah (2.5 Mill Lichtjahre) und auch sehr groß ist. Man kann M31 mit dem bloßen Auge sehen! Mit einer Brennweite von 1000 mm bekommt man die Galaxie aber nicht mehr auf ein Bild (Vollformatkamera). Hier können kleine Brennweiten aushelfen oder man macht ein Mosaikbilder aus mehreren Aufnahmen.

M31_6_AL2_90s_30092022-RGB

M31_combined-RGB-session_1_session_2_session_3-crop-sr-Stnew

M31_10_Mosaic_30082022-RGB-stitch2

M31_10_AL2_Canon6D_27082022Beschriftung

M 31 hat zwei Begleitgalaxien auf gleicher Ebene, M32 und M110 (auch NGC205 genannt). Insgesamt kennt man heute  40 kleinere Galaxien, die M31 in der Lokalen Gruppe umgeben. Die meisten Satellitengalaxien von M31 sind kugelförmig oder irregulär geformt, liegen aber alle in einer Ebene. Es wird daher vermutet, dass sie Überreste eine ehemaligen Verschmelzung mit einer größeren Galaxien sind.  NGC206 ist eine Supersternhaufen, eine Region von Sterngeburten, einer der größten bisher bekannten dieser Art. (s. unten).

M32 ist wegen der relativ geringer Flächenhelligkeit in kleinen Teleskopen nur schwierig beobachtbar. M32 hat einen Durchmesser von rund 8000 Lichtjahren und eine Masse von etwa 3 Milliarden Sonnenmassen. Vor etwa zwei Milliarden Jahren ist M32 möglicherweise durch M31 durchgeflogen und hat dabei einen Großteil seiner Masse an die Andromeda-Galaxie verloren.

M32_RC8_ASI_22092022-RGB-session_1-St

NCG206_AL2_RC_ZwoASI533_25092022-RGB_5940s