La galaxie d'Andromède, également désignée M31 dans le Catalogue de Messier et NGC 224, est une galaxie spirale située à environ d'années-lumière du Soleil, dans la constellation d'Andromède.
La galaxie d'Andromède (NGC 224) a été utilisée par Gérard de Vaucouleurs comme une galaxie de type morphologique SA(s)b dans son atlas des galaxiesAtlas des galaxies de Vaucouleurs sur le site du professeur Seligman, NGC 224..
Appelée grande nébuleuse d’Andromède jusqu'à ce que sa vraie nature ait été reconnue dans les années 1920, la galaxie d'Andromède est la galaxie spirale la plus proche de la Voie lactée (toutes classes confondues, la galaxie la plus proche est la naine du Grand Chien) et le plus grand membre du Groupe local d'une soixantaine de galaxies individuelles dont toutes deux font partie. D'un diamètre d'environ , elle contiendrait environ mille milliards d'étoiles « Andromeda galaxy hosts a trillion stars », New Scientist, 6 juin 2006., deux à cinq fois plus que notre galaxie.
Avec une magnitude visuelle de 3,4, la galaxie d'Andromède est l’une des rares galaxies observables à l'œil nu depuis la Terre dans l’hémisphère nord. C’est également l'un des objets les plus étendus de la voûte céleste, avec un diamètre apparent de 3,18°, soit plus de six fois le diamètre apparent de la LuneComparaison entre la Pleine Lune et Andromède. observée depuis la Terre.
La luminosité de la galaxie M31 (NGC 224 dans l'article) dans l'infrarouge lointain (de 40 à ) est égale à (10) et sa luminosité totale dans l'infrarouge (de 8 à ) est de (10)..
Observation vignette|Localisation de la galaxie dans la constellation d'Andromède. La première mention écrite connue de la galaxie d'Andromède remonte à 964, année durant laquelle elle est décrite par Abd al-Rahman al-Soufi dans son Livre des étoiles fixes. La première observation de la galaxie à l’aide d’un télescope est réalisée par Simon Marius en 1612 (souvent décrit comme le découvreur de la galaxie). Elle est photographiée pour la première fois en 1887 par l'astronome Isaac Roberts, dans son observatoire de Crowborough dans le Sussex.
Nature galactique
Dans les années 1920, des étoiles variables céphéides sont identifiées par Edwin Hubble sur les photos astronomiques de la nébuleuse. Grâce à la relation période-luminosité établie en 1912 par Henrietta Leavitt, ce dernier établit la distance des étoiles et confirme la nature extragalactique de l'objet. Il permet également de réinterpréter un événement de 1885 qui avait été considéré comme étant une nova. Du fait de la distance de la galaxie, cet évènement, de magnitude apparente relativement faible, était en réalité extrêmement lumineux à l’échelle d’une galaxie. Cette supernova a été découverte le par Ernst Hartwig. Il s’agissait en fait d’une supernova (une explosion d’étoile), par la suite nommée . Il s’agit de la première supernova vue depuis l’invention du télescope, et de la seule connue dans la galaxie d’Andromède.
En 1943, alors que Los Angeles était sous couvre-feu, Walter Baade utilise le télescope Hooker du Mont Wilson et, pour la première fois, résout des étoiles dans la région centrale de la galaxie..
En 1953, l’étude de M31 par Edwin Hubble et Allan Sandage met en évidence une nouvelle classe d’étoiles variables, les variables lumineuses bleues (ou LBV)..
Caractéristiques Formation Selon les résultats de simulations numériques menées par une équipe franco-chinoise qui a utilisé les moyens du calcul haute performance du GENCI, la galaxie d'Andromède se serait formée il y a moins de trois milliards d'années seulement, à une époque où la Terre existait déjà, et serait le résultat de la collision de deux galaxies F. Hammer, Y. B. Yang, J. L. Wang, R. Ibata, H. Flores, M. Puech, « », 2018 .
Distance vignette|La galaxie d'Andromède vue dans l'infrarouge par le télescope spatial WISE NASA Wide-field Infrared Survey Explorer – 17 février 2010 « Our Neighbor Andromeda ».. thumb|La galaxie d'Andromède photographiée depuis l'observatoire du parc Killarney (Ontario, Canada)
Plusieurs méthodes indépendantes d'évaluation des distances extragalactiques ont été utilisées pour mesurer l'éloignement de la galaxie d'Andromède, donnant des résultats assez convergents.
Ainsi, la mesure de la périodicité de céphéides dans cette galaxie a permis en 2004 d'en déterminer la magnitude absolue et donc d'en déduire la distance par comparaison avec leur magnitude visuelle. à .
À la même époque, la découverte d'une binaire à éclipses dont on a pu déterminer avec précision la taille et la température des composantes — et donc leur magnitude absolue — a permis de façon analogue, en comparant leur magnitude absolue à leur magnitude visuelle, de déterminer la distance de la galaxie à , mesure en accord remarquable avec la précédente par une méthode indépendante.
La luminosité infrarouge des étoiles de au sommet de la branche des géantes rouges constitue un autre indicateur de distance utilisé pour évaluer l'éloignement des galaxies ; appliquée à la galaxie d'Andromède, cette mesure a donné en 2005 une valeur de .
Combinées avec une mesure antérieure par la méthode de la fluctuation de la brillance de surface dans l'infrarouge, qui avaient donné en 2003 une distance de , toutes ces valeurs donnent une estimation moyenne de la distance de la galaxie d'Andromède voisine de .
Masse et luminosité vignette|La galaxie d'Andromède vue à par le télescope spatial Spitzer NASA Jet Propulsion Laboratory Caltech – 13 octobre 2005 « Lady in Red: Andromeda Galaxy Shines in Spitzer's Eyes »..
La masse totale de la galaxie d'Andromède — matière baryonique + matière noire — a été estimée valoir probablement autour de milliards de masses solaires, avec toutefois des valeurs minimale et maximale possibles de milliards et milliards, respectivement. La valeur de milliards de masses solaires correspond à moins des deux tiers de celle de la Voie lactée, estimée par cette même étude autour de milliards de masses solaires (au minimum milliards mais pas davantage que milliards). Les incertitudes attachées à ces deux estimations sont cependant trop larges pour pouvoir conclure de manière définitive. Cependant, on peut dès à présent retenir que la masse de ces deux galaxies est du même ordre de grandeur et que la densité d'étoiles au sein de la galaxie d'Andromède, est supérieure à celle observée au sein de notre galaxie..
La luminosité de la galaxie M31 (NGC 224 dans l'article) dans l'infrarouge lointain (de 40 à ) est égale à (10) et sa luminosité totale dans l'infrarouge (de 8 à ) est de (10).
La galaxie d'Andromède contient donc davantage d'étoiles que la Voie lactée, et sa luminosité totale a pu être évaluée à environ de fois la luminosité solaire, soit de l'ordre de 25 % de plus que la luminosité totale de notre propre galaxie.. Cependant, la Voie lactée connaît un taux de formation stellaire de trois à cinq fois plus élevé que celui de la galaxie d'Andromède, avec un taux de supernovas double., de sorte que la galaxie d'Andromède semble avoir atteint un état de repos relatif après avoir connu une phase de formation stellaire soutenue, tandis que notre galaxie semble au contraire nettement plus active en ce domaine ; si cela devait se poursuivre, la luminosité totale de la Voie lactée finirait par surpasser celle de la galaxie d'Andromède.
Une étude publiée le dans Astronomy & Astrophysics. revoit la masse de la galaxie fortement à la baisse. Andromède pèserait 450 milliards de masses solaires, soit deux à quatre fois moins que les estimations précédentes..
Rotation Des études spectroscopiques détaillées ont permis de tracer la courbe de rotation de la galaxie d'Andromède.. En partant du centre galactique, la vitesse des étoiles croît jusqu'à un maximum local de à () puis passe par un minimum local de à () avant de repasser par un maximum de à () et de redescendre progressivement pour atteindre à (). Cette courbe implique que la masse totale de la galaxie d'Andromède croît linéairement jusqu'à () du centre, puis plus lentement au-delà ; le noyau aurait une masse de de masses solaires.
Structure Bulbe
vignette|Noyau double de la galaxie d'Andromède vu par le télescope spatial Hubble HubbleSite – 20 juillet 1993 « Hubble Space Telescope Finds a Double Nucleus in the Andromeda Galaxy ».. vignette|Cœur de la galaxie d'Andromède vu dans le domaine des par le télescope spatial Chandra NASA Astronomy Picture of the Day – 21 janvier 2000 « X For Andromeda ».. Le trou noir supermassif apparaît comme un point bleu au centre de l'image. vignette|La galaxie d'Andromède vue dans l'ultraviolet par le télescope spatial GALEX NASA Jet Propulsion Laboratory Caltech Photojournal – 10 décembre 2003 « PIA04921: Andromeda Galaxy »..
La galaxie d'Andromède abrite un amas stellaire particulièrement compact en son centre, avec une double structure mise en évidence par le télescope spatial Hubble dès 1993. La concentration la plus brillante, désignée par P1, est distincte du centre de la galaxie, qui est en fait matérialisé par la moins brillante des deux concentrations, appelée P2 ; ces deux composantes sont séparées par une distance d'environ ().
P1
La nature de la concentration P1 n'est pas entièrement comprise. Les premières interprétations en faisaient le noyau résiduel d'une ancienne galaxie cannibalisée, mais les calculs ont rapidement montré qu'une telle structure ne saurait demeurer cohérente très longtemps au voisinage d'un trou noir supermassif de cette taille, lequel l'aurait dispersée sous l'effet des forces de marée. Il avait alors été proposé qu'un second trou noir supermassif, cette fois au centre de P1, aurait pu stabiliser cette structure à long terme, mais la distribution des étoiles dans P1 ne plaide pas en la faveur de l'existence d'un tel trou noir en son centre.. P1 pourrait davantage correspondre à une accumulation d'étoiles à l'apoapside de leur orbite autour du trou noir supermassif de la galaxie.
P2 M31*, le noyau actif / trou noir supermassif P2 renferme un trou noir supermassif dont la masse a été estimée de de masses solaires en 1993. puis réévaluée de de masses solaires en 2005. (environ la masse estimée de celui au centre de la Voie lactée, Sagittaire A*). La dispersion des vitesses mesurée autour de cet objet est voisine de ., ce qui a permis d'affiner l'estimation de la masse de ce trou noir supermassif à l'aide de la relation M-sigma. Une étude portant sur en 2008 évalue la masse du trou noir à , soit environ de masse solaire..
vignette|Cette vue d'artiste montre une vue à travers un mystérieux disque de jeunes étoiles bleues entourant un trou noir supermassif au cœur de la galaxie voisine d'Andromède (M31). La région autour du trou noir est à peine visible au centre du disque. Les étoiles de fond sont la population typique d'étoiles plus anciennes et plus rouges qui habitent les noyaux de la plupart des galaxies. Les observations spectroscopiques effectuées par le télescope spatial Hubble révèlent que la lumière bleue est constituée de plus de 400 étoiles qui se sont formées dans une explosion d'activité il y a environ d'années. Les étoiles sont étroitement serrées dans un disque qui ne mesure qu’une année-lumière. Sous l'emprise gravitationnelle du trou noir, les étoiles voyagent très vite : de kilomètres par heure, soit par seconde.
Le noyau actif / trou noir supermassif au centre de la galaxie porte la désignation M31*Garcia et al. 2005Garcia et al. 2010CfA 2010.Yang et al. 2017.
Disque
vignette|Séquelles de la traversée de la galaxie d'Andromède par la galaxie M32 vues par le télescope spatial Spitzer NASA Jet Propulsion Laboratory Caltech – 18 octobre 2006 « Forensic Evidence of a Galactic Collision »..