Одна из двух гигантских спиральных галактик, принадлежащих к Местной группе галактик, причём второй является наша галактика Млечный путь. М31 – это ближайшая к Млечному пути спиральная галактика, лежащая от нас на расстоянии почти в 2,4 миллиона световых лет. Её близость к нам привела к активному изучению этой галактики астрономами, результатом которого стало совершение неожиданных прорывов в таких разнообразных научных областях, как формирование звёзд, их эволюция, ядерный синтез, тёмная материя и эволюция Вселенной в целом.

Спиральная галактика Андромеды видна невооружённым глазом. Лежащая рядом со звездой 4-й звёздной величины v Андромеды, М31 (RA 00ч 42,8мин dec. 41°16') кажется тусклым пятном света, лучше всего видимым в чистом, безлунном небе из тёмного места для наблюдения. Она была впервые зафиксирована персидским астрономом Ас-Суфи, упомянувшим её как «маленькое облачко». В бинокли и небольшие телескопы центральные области представляются продолговатыми пятнами; для того, чтобы рассмотреть спиральную структуру галактики, требуется продолжительная экспозиция и мощные инструменты.

Галактика Андромеды сыграла важную роль в так называемом «Большом споре» между астрономами, имевшем место в 1920-е гг. относительно природы спиральных туманностей: были ли эти «островки Вселенной» полноценными звёздными системами, подобными нашей, – как предполагал философ 18-го века Иммануил Кант, – или же это газовые облака, лежащие в пределах нашей галактики Млечный путь, сжимающиеся и формирующие звёзды?

Фотографии, сделанные в 1888 г. Исааком Робертсом (1829-1904) с использованием 20-дюймового (0,5-метрового) телескопа, выявили спиральную структуру М31, но только в 1920-х годах Эдвином Хабблом были сделаны самые важные открытия. В 1923-24 гг., используя 100-дюймовый (2,5-метровый) телескоп Хукера, расположенный на горе Вилсон, Калифорния, Хаббл смог получить изображения переменных звёзд типа цефеид в спиральной галактике Андромеды. Используя правило период-светимость при построении кривых блеска, учёный смог выяснить, что спираль представляет собой самостоятельную галактику, находящуюся за пределами Млечного пути.

Следующий важный этап в изучении М31 наступил между 1940 и 1955 гг., со скрупулёзными наблюдениями Уолтера Баада, проведёнными с горы Вилсон во время войны и после неё 200-дюймовым (5-метровым) телескопом Hale Reflector, установленным в обсерватории Паломар, Калифорния. Баад смог хорошо рассмотреть звёзды в галактическом центре; они оказались в основном старыми и красными, значительно тусклее, чем яркие голубые звёзды внешних областей, и с виду напоминали звёзды из шаровых скоплений. Баад отнёс эти звёзды из галактического центра к звёздному поколению I. Эта классификация сохраняется и в настоящее время и является важным элементом принятых в настоящее время теорий эволюции звёзд и галактик.

Открытие двух типов звёздного населения привело в свою очередь к важнейшему открытию для космологии. Переменные типа цефеид оказались двумя различными подгруппами, принадлежащими к разным поколениям, которые подчинялись правилу период-светимость. Так как цефеиды, наблюдаемые Хабблом, принадлежали к поколению I, вычисленное расстояние до М31 было пересмотрено в сторону увеличения в 2 раза – такая же участь постигла и все остальные расстояния до галактик, расчёты которых опирались на расстояние до галактики Андромеды.

Распределение нейтрального водорода (HI) в М31 широко изучалось радиоастрономами, наблюдающими 21-сантиметровую линию излучения. Нейтральный водород является составляющей галактического газа и он распределяется так же, как и другие соединения поколения I. Газовые образования очерчивают собой так называемую «зону избегания» вблизи галактического центра, где преобладают звёзды поколения II. Газ распределяется в форме тора, внутренние части которого падают к ядру.

Были измерены радиальные скорости облаков раскалённого газа по всей галактике. Вместе с данными по нейтральному водороду эти измерения позволили построить кривую вращения как функции от радиуса галактики. Измерения нейтрального водорода, в частности, указывали на то, что внешние области М31 содержали значительные количества невидимой избыточной массы. Такие гало из тёмной материи очень важны для современных теорий формирования и группировки галактик, и космологии.

Наблюдения, проведённые космическим телескопом «Хаббл» в 1993 г., продемонстрировали, что ядро М31 является спаренным, и его компоненты отделены друг от друга расстоянием приблизительно в 5 световых лет. Это может быть результатом сравнительно недавно состоявшегося объединения между галактикой Андромеды и её карликовым компаньоном. Несколько маленьких галактик-спутников окружают М31, наиболее примечательна из них М32 (NGC 221) и М110 (NGC 205).

Диск М31 демонстрирует некоторое количество звёздных облаков, самое отчётливо различимое из них называется NGC 206, оно охватывает зону примерно в 2900 на 1400 световых лет. Около 30 новых обнаруживаются в М31 каждый год большими телескопами. В 1885 г. М31 стала местом вспышки сверхновой, наблюдаемой за пределами Млечного пути: взрыв был обозначен как S Андромеды и достиг на максимуме значения звёздной величины +6.

Можно было бы ожидать, что близость М31 должна означать, что эта галактика внесёт крупный вклад в теории эволюции спиральных структур. Вместо этого она внесла лишь массу новых противоречий, отчасти из-за того, что эта галактика расположена к нам почти ребром, поэтому детали её спиральной структуры рассмотреть очень непросто. Пока даже неизвестно точно, сколько у неё спиральных рукавов. Халтон Арп предположил два вытянутых спиральных рукава, один из которых растянут гравитационным воздействием М32. А. Калнайс в ответ предложил один основной спиральный рукав, вошедший в гравитационный резонанс с М32. Облака пыли не смогли помочь определиться между этими двумя моделями. Доведение этих дебатов до логического завершения должно привести к прорыву в нашем понимании механизмов образования спиральных структур.

М31 окружена окружена ореолом шаровых скоплений, почти в три раза более обширным, чем гало вокруг нашего Млечного пути. Звёзды в этих скоплениях демонстрируют в целом более высокую металличность, чем звёзды шаровых скоплений Млечного пути. Большое расхождение в относительных содержаниях элементов в шаровых скоплениях М31 указывает на более медленную и неровную эволюцию, чем эволюция Млечного пути.

Почти каждая галактика во Вселенной демонстрирует красное смещение, указывающее на то, что объект удаляется от Млечного пути. Спектр М31, однако, показывает, что галактика Андромеды приближается к нам со скоростью примерно в 35 километров в секунду и в конце концов она должна слиться с нашей галактикой, в результате чего из них образуется одна гигантская эллиптическая галактика.

М31 является ближайшей к нам спиральной галактикой, по многим показателям похожей на Млечный путь. Большая часть нашей родной галактики скрыта от наблюдения массивными облаками пыли; мы надеемся, что галактика Андромеды поможет нам лучше понять нашу собственную галактику, а также остальную часть Вселенной.