막대나선은하의 생성

 

사진 1> 이 사진은 은하핵을 관통하는 막대를 지닌 4개의 나선은하를 촬영한 것이다.           

이들 은하들은 지구로부터 다양한 거리에 존재하는 은하들이다.            

상단 좌측은 21억 광년, 상단 우측은 38억 광년, 하단 좌측은 53억광년, 하단 우측은 64억 광년 거리에 위치해 있다.

사진은 2003년 가을과 2005년 봄에 촬영된 것으로,허블 우주망원경과 하와이 마우나 케아의 스바루 천문대로부터 관측된 자료를 조합하여  만들어진 것이다.

 

Full Story>  

 

나선은하의 성숙도를 측정하는데 종종 사용되는 단서로 은하핵을 가로지르는 별과 가스로 구성된 리본이 마치 금연표시의 가로선처럼 형성되어 있는가 하는 것이 있다.

 

허블우주망원경을 통해 주도된 2000개 이상의 나선은하에 대한 기념비적인 연구에서 천문학자들은 이른바 '막대나선은하'라고 불리는 은하들이 국부은하에서 70억년 전에는 거의 존재하지 않았음을 발견했다.

이러한 연구결과는 그간 은하의 막대가 은하 성숙도의 완숙단계에 있음을 말해준다는 가설을 확정해 주는 것이다.

 

막대 형성 연구에 대한 이번의 새로운 연구는 나선은하들이 오랜기간을 거쳐 어떤 시기에 어떻게 진화했는지를 이해할 수 있는 단서를 제공해 준다.

 

캘리포니아 기술연구소 스피처 과학센터의 카틱 쉬스(Kartik Sheth)가 이끄는 연구팀은 이번 연구를 통해 아주 오래전에는 단지 20퍼센트의 나선은하만이 막대를 가지고 있었음에 반해 최근에는 70퍼센트의 나선은하에서 막대가 발견된다는 결과를 확인하였다.

따라서 나선은하의 막대는 지난 70억년간 3배가 넘는 증가양상을 보여온 것이라 할 수 있다.

 

쉬스의 설명은 다음과 같다.
"최근 형성되고 있는 나선은하의 막대는 은하의 질량에 따라 일관되게 형성되고 있는 것은 아니었습니다.
그러나 이것이 이번 연구의 핵심이라 할 수 있습니다.
나선은하에서 막대가 형성된 것은 대부분 질량이 낮은 축에 속하는 은하들이었습니다.
반면에 질량이 큰 은하들 사이에서 이 막대는 과거나 지금이나 같은 수의 은하에서만  존재하고 있었습니다."

 

이번 발견은 또한 은하진화양상을 구분하는데도 매우 중요한 단서를 제공해 준다.
쉬스의 설명이 이어진다.

"우리는 일반적으로 더 큰 질량을 가진 은하들이 빨리 진화한다는 점을 알고 있습니다.
이들은 별들을 초기서부터 만들어내고 더 빠른 속도로 붉은 원반으로 사그러듭니다.
작은 질량을 가진 은하들은 이보다는 좀더 느리게 별들을 형성해 갑니다.
그러나 지금 우리는 이들 작은 은하들이 또한 전세대에 걸쳐 막대를 만들어간다는 점도  알게 되었습니다."
 
COSMOS 연구는 보름달의 9배에 대응되는 하늘의 영역을 조사하는 연구이다.
이 연구에서는 이전에 비해 10배에 달하는 나선은하들이 관측되고 있다.

 

허블의 은하관측 지원하에서 허블우주망원경과 지상에 위치한 천문대의 COSMOS 관측 지역의 데이터를 바탕으로 연구팀은 점점 더 멀리 있는 은하로까지 연구를 확대시키고 있다.

 

나선은하의 막대는 나선은하 안에서 공전하는 별의 순환궤도가 불안정해지거나 별이 원래 공전궤도에서 밀려나면서 형성된다.

 

이번 연구에 참여하고 있는 IBM 연구소의 브루스 엘머그린의 설명은 다음과 같다.

"아주 작은 이각을 가진 별들의 공전궤도가 커지면서 이들은 특정 지역에 갇히게 되고  이렇게 되면서 기본적인 밀집지역이 형성되게 됩니다. 

이와 같은 공전궤도를 가진 별들이 특정 장소에 계속 격리되면서 밀집지역이 점점 커지게 되고,  결국 이러한 별들이 은하의 내부의 특정지역에 모이게 되면서 막대가 형성되는 것입니다"

 

프랑스 마르세이유 천체물리 연구소의 리아 아타나술라(Lia Athanassoula)가 덧붙인 설명은 다음과 같다.
"이번 새로운 관측에 의하면 질량이 큰 은하일수록 이러한 불안정성의 증가가 빠르기 때문에 아마도 이러한 이유로 내부 원반들이 더 두껍고 상호간의 중력영향도 더 강력한 것으로 보입니다."

 

나선은하의 막대는 아마도 은하의 변화에서 가장 중요한 촉매제의 하나일 것이다.

 

이들은 막대한 양의 가스를 은하의 중심으로 밀어넣는 역할을 하게 되고, 이 와중에 새로운 별들이 탄생되는 에너지도 제공하며, 은하 중심부 별들이 몰려 있는 팽대부를 형성케하며, 블랙홀에 에너지원을 제공한다.

 

쉬스의 설명이 이어진다.
"막대의 생성은 나선은하가 진화를 하는데 최종적으로 이루어지는 중요한 단계로 생각됩니다.
은하들은 서로간에 병합을 통해 몸집을 키워나가는 것으로 생각됩니다만, 병합이 모두 완료된 후에 수행되는 진화양상은 막대를 만드는 것으로 이루어집니다."

 

또하나의 거대한 막대나선은하인 우리 은하는 허블을 통해 관측된 다른 거대한 막대나선은하들과 같이 그 중심에 아마도 초기에 생성되었을 막대를 가지고 있을 것이다.

 

쉬스는 우리로부터 멀리 떨어진 은하들에서 막대나선이 어떻게 형성되는지를 이해하는 것은 결국 여기, 우리 뒷마당에서 어떤일이, 어떻게 일어나고 있는지를 이해하는데 도움이 될 것이라고 말했다.

 

* '허블사이트'의 게시물들은  허블사이트 http://hubblesite.org 의 뉴스센터 자료들을 번역한 자료들입니다.

   본 내용은 2008년 7월 29일 발표된 뉴스입니다.

 

참고 : 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
       - 은하 일반 :  https://big-crunch.tistory.com/12346976
       - 은하단 및 은하그룹 :  https://big-crunch.tistory.com/12346978
       - 은하 충돌 :  https://big-crunch.tistory.com/12346977

 

원문>

 

사진 1>

These images show four spiral galaxies with bars of stars and gas slicing through them.

The galaxies are at various distances from Earth. The galaxy at upper left is 2.1 billion light-years away; the galaxy at upper right, 3.8 billion light-years away; the galaxy at lower left, 5.3 billion light-years away; and the galaxy at lower right, 6.4 billion light-years away.

The galaxies are part of a landmark study of more than 2,000 spiral galaxies from the largest galaxy census conducted by the Advanced Camera for Surveys aboard NASA's Hubble Space Telescope.

The survey's results show that so-called barred spiral galaxies were far less plentiful over the last 7 billion years than they are today, in the local universe. The study's results confirm the idea that bars are a sign of galaxies reaching full maturity as the "formative years" end. The observations are part of the Cosmic Evolution Survey (COSMOS).

COSMOS covers an area of sky nine times larger than the full Moon, surveying 10 times more spiral galaxies than previous observations.

Astronomers assembled these images from observations taken with Hubble and the Subaru Telescope in Mauna Kea, Hawaii.

The observations were taken between fall 2003 and spring 2005.

 

Full Story>

A frequent sign of the maturity of a spiral galaxy is the formation of a ribbon of stars and gas that slices across the nucleus, like the slash across a "no smoking" sign.

In a landmark study of more than 2,000 spiral galaxies from the largest galaxy census conducted by NASA's Hubble Space Telescope, astronomers found that so-called barred spiral galaxies were far less plentiful 7 billion years ago than they are today, in the local universe.

The study's results confirm the idea that bars are a sign of galaxies reaching full maturity as the "formative years" end. The observations are part of the Cosmic Evolution Survey (COSMOS).

This new detailed look at the history of bar formation, made with Hubble's Advanced Camera for Surveys, provides clues to understanding when and how spiral galaxies formed and evolved over time.

A team led by Kartik Sheth of the Spitzer Science Center at the California Institute of Technology in Pasadena discovered that only 20 percent of the spiral galaxies in the distant past possessed bars, compared with nearly 70 percent of their modern counterparts.

Bars have been forming steadily over the last 7 billion years, more than tripling in number. "The recently forming bars are not uniformly distributed across galaxy masses, however, and this is a key finding from our investigation," Sheth explained. "They are forming mostly in the small, low-mass galaxies, whereas among the most massive galaxies, the fraction of bars was the same in the past as it is today."

The findings, Sheth continued, have important ramifications for galaxy evolution. "We know that evolution is generally faster for more massive galaxies: They form their stars early and fast and then fade into red disks. Low-mass galaxies are known to form stars at a slower pace, but now we see that they also made their bars slowly over time," he said.

COSMOS covers an area of sky nine times larger than the full Moon, surveying 10 times more spiral galaxies than previous observations. In support of the Hubble galaxy images, the team derived distances to the galaxies in the COSMOS field using data from Hubble and an assortment of ground-based telescopes.

Bars form when stellar orbits in a spiral galaxy become unstable and deviate from a circular path. "The tiny elongations in the stars' orbits grow and they get locked into place, making a bar," explained team member Bruce Elmegreen of IBM's research Division in Yorktown Heights, N.Y. "The bar becomes even stronger as it locks more and more of these elongated orbits into place. Eventually a high fraction of the stars in the galaxy's inner region join the bar."

Added team member Lia Athanassoula of the Laboratoire d'Astrophysique de Marseille in France: "The new observations suggest that the instability is faster in more massive galaxies, perhaps because their inner disks are denser and their gravity is stronger."

Bars are perhaps one of the most important catalysts for changing a galaxy. They force a large amount of gas towards the galactic center, fueling new star formation, building central bulges of stars, and feeding massive black holes.

"The formation of a bar may be the final important act in the evolution of a spiral galaxy," Sheth said. "Galaxies are thought to build themselves up through mergers with other galaxies. After settling down, the only other dramatic way for galaxies to evolve is through the action of bars."

Our Milky Way Galaxy, another massive barred spiral, has a central bar that probably formed somewhat early, like the bars in other large galaxies in the Hubble survey. "Understanding how bars formed in the most distant galaxies will eventually shed light on how it occurred here, in our own backyard," Sheth said.

Other members of the study include Debra Elmegreen (Vassar College); Nick Scoville (COSMOS principal investigator); Peter Capak, Richard Ellis, Mara Salvato, and Lori Spalsbury (California Institute of Technology); Roberto Abraham (University of Toronto); Bahram Mobasher (University of California, Riverside); Eva Schinnerer (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg); Linda Strubbe and Andrew West (University of California, Berkeley); Mike Rich (University of California, Los Angeles); and Marcella Carollo (ETH Zurich).

CONTACT

Donna Weaver/Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4493 / 410-338-4514
dweaver@stsci.edu / villard@stsci.edu

Kartik Sheth
Spitzer Science Center, California Institute of Technology, Calif.
626-395-1821
astrokartik@gmail.com