왜소은하에서의 별폭발

 

 

사진1 > 허블우주망원경이 촬영한 이 사진은 세 개의 왜소은하 NGC 4163, NGC 4068, IC 4662의 중심부에 존재하는 무수히 많은 별들을 보여주고 있다.

푸른 색조를 띠고 있는 점들은 젊은 별들이 몰려 있는 곳이고,  붉은 색조로 나타나 있는 점들은 늙은 별들이 몰려 있는 지역이다.

NGC 4163과 IC 4662에서 불규칙한 형태로 나타나고 있는 붉은 점들은 별의 폭발활동이 진행중인 곳이다.

이 지역들은 또한 새로운 별의 생성이 강력하게 나타나고 있는 지역이기도 하다.

이 세 개의 은하는 가장 가까이 위치한 소규모 또는 왜소은하들에 대해 수행된 이번 연구의 한 사례들이다.

이번 연구에 의하여 실제 폭발하는 별빛의 지속기간은 천문학자들이 이전에 예측했던 기간의 100배 이상을 초과하는 2억년 ~  4억년 범위임을 알게되었다.

관측의 대상이 됐던 은하들에서 별 폭발 사건은 개별적으로 일어하는 사건이 아닌 은하 전체에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

이번 연구에서 세 개의 은하에서 나타난 별폭발은 서로 다른 양상으로 나타났다.

NGC 4163의 경우 별들의 집합 양상은 훨씬 더 밀집된 구형의 형태로 나타나고 있어 그 중심부에서 훨씬 높은 비율로 별들의 생성이 집중되어 있는 것으로 나타났다.

이에 반해 별들이 수평으로 분포되어 있는 NGC 4068의 경우는 다른 두개 은하들보다는 낮은 비율로 새로운 별들을 탄생시키고 있었다.

천문학자들은 이 은하에서는 별의 폭발이 종료된 것으로 추정하고 있다.

IC 4662의 사진에서 은하전반에 걸쳐 군데군데 나타나고 있는 붉은 점들의 뭉치는 별의 폭발이 왕성하게 나타나고 있는 지역이다.

이러한 지역이 사진의 오른쪽 끝, 상단에 나타나고 있다.

이 은하는 이번 연구의 대상이 된 3개 은하들 중 가장 강력한 별의 생성을 보여주고 있다.

이 은하들의 거리 범주는 지구로부터 가깝게는 8백만광년에서 멀게는 1천 4백만 광년 떨어진 곳에 위치하고 있다.

이 사진은 허블 ACS에 의하여 2004년에 촬영되었다.

 

 

The Full Story

 

우주에서 새로운 별이 형성되는 폭발사건은 7월 4일(미국독립기념일) 불꽃놀이에 비유되어왔다.
불꽃놀이의 폭죽은 사라지기전 짧은 시간 동안 빠른속도로 빛을 뿜어낸다.

 

천문학자들의 말을 빌면 별의 폭발은 우주의 역사에 있어 한 조각에 지나지 않는다.

 

허블우주망원경에 의해 촬영된 소규모 은하 혹은 왜소은하의 사진들을 분석해보면 새로운 별들이 형성되고 있는 고밀도 지역에서 별의 폭발로 인한 영향은 전체 은하에 퍼지게 되고 천문학자들이 생각했던것 보다는 100배 이상의 시간동안 그 영향을 지속하게 된다.

 

이처럼 장기간의 시간동안 영향을 받았을 왜소은하가 어떻게 변화하게 되는지를 통해 은하의 진화양상을 밝힐 수 있는 단서가 제공될 것이다.

이번 연구를 이끈 미네소타대학의 크리슨 맥퀸(Kristen McQuinn)의 설명은 다음과 같다.
"우리의 분석에 의하면 왜소은하에서 별의 폭발은 은하 전체에 영향을 미치게 됩니다.
새로운 별들을 활발하게 생성시키는 지역으로부터 마치 도화선에 불이 타들어가듯이 전체 은하에 걸쳐 영향을 미치게 되는 것이죠."

 

맥퀸에 의하면 하나의 왜소은하로부터 발생하는 별의 폭발 기간은 2억년에서 4억년 범주에 드는 것으로 추정되고 있다.

이처럼 기나긴 시간 범주는 왜소은하에서의 별의 생성에 관한 이전 천문학자들의 추정 기간인 5백만년에서 1천만년에 비하면 엄청나게 확대된 것이다.

 

맥퀸은 이와 같이 짧은 추정치는 은하 전체를 대상으로 한 연구가 아닌 개개의 성단만을 관측함으로써 발생한 오류라고 말했다.

 

많은 천문학자들은 왜소은하가 오늘날 우리에게 관측되는 거대한 규모의 은하들을 구성하는 하나의 조각으로 사용됐다고 가정하고 있다.

따라서 별의 폭발 기간은 은하의 진화를 이해하는데 있어 매우 중요한 요소가 된다.

 

맥퀸의 의견역시 이와 일치한다.
"천문학자들에게 은하진화단계를 파악하는 것은 정말 흥미로운 일입니다.
따라서 소규모의 은하들을 관측하는 것은 정말 중요한 일이죠. 
현재 가장 일반적으로 받아들여지고 있는 견해에 따르면 거대한 은하들은 훨씬 규모가 작은 왜소은하들의 통합에 의해서 생성되었기 때문입니다.
그래서 이들 작은 규모의 은하들을 이해하는 것은 전체 시나리오를 구성하는데 있어 매우 중요한 부분이 되는 것입니다."

 

맥퀸의 연구팀은 NGC 4163과 NGC 4068, IC 4662 라는 세 개의 왜소은하에 대해 연구했다.

이들은 우리로부터 8백만광년에서 1천 4백만 광년 떨어져 있는 천체이다.

또한 이 세개의 천체는 별의 폭발을 관측한 근처 18개 왜소은하의 한 부분이기도 하다.

허블이 제공하는 고해상도 관측 기술로 인해 맥퀸의 연구팀은 이 은하들에서 특정한 별들을 뽑아낼 수 있었고, 천문학자들이 별의 연령을 결정하는데 있어 가장 중요하게 여기는 두 가지 성격인 밝기와 색깔을 측정할 수 있었다. 

이렇게 별의 연령을 결정함을써 각 은하에서 이들의 폭발이력을 재구성할 수 있었다.

허블이 촬영한 사진에서 NGC 4068과 IC 4662에서는 매우 밝고 활동적인 별의 폭발구역을 볼 수 있다.

 

 

 

사진2 > NGC 4163

NGC 4163 에서 발생한 별의 폭발은 가장 최근에 발생한 것으로서 2억년전에 폭발이 발생하여 점점 그 불빛이 사그라들고 있다.

 

연구팀은 별들이 고밀도로 몰렸는 지역과 저밀도로 분포하는 지역에서 발생한 별의 폭발장면을 종합하여 분석하였다.

이 은하들은 예전에는 몇몇 소수의 별들만을 만들어냈지만 아마도 다른 은하와 충돌하는 사건과 같은 일화를 겪으면서 높은 비율로 별들을 만들어내는 상황으로 변화한 것으로 보인다.

맥퀸에 의하면 이 은하들은 예전에는 천년마다 대략 8개의 별들을 만들어냈으나 어느때부턴가 소규모 은하로서는 매우 높은 비율이 천년당 40개 꼴로 별들을 만들어내기 시작했다고 한다.

전형적인 왜소은하의 크기는 그 지름이 1만광년에서 3만 광년 범위이다.

(참고로 우리 은하와 같이 일반적인 크기의 은하들은 10만광년의 지름을 갖고 있다.)

은하의 외곽부에서 새로운 별들이 생성되기 시작한 것은 약 3억년에서 4억년 전부터이다.

이때부터 거대한 질량을 지닌 별들의 폭발로부터 새로운 별의 생성이 촉발되면서 그 영향이 은하 내부로 향하게 되었다.

 

 

사진3 > NGC 4068

 

NGC 4068과 IC 4662의 내부에서는 아직도 별의 폭발이 계속되고 있다.

별의 폭발이 지속되는 기간은 은하에 분포하는 가스의 총량과 가스의 밀도 분포, 그리고 별의 폭발이 다른 별의 폭발에 영향을 미치는 연쇄반응과 같은 다양한 요소와 연관되어 있다.

 

예를 들어 대규모 은하의 충돌과 상호작용은 소규모 은하들간의 동일한 사건에 비해 훨씬더 장기간의 별 폭발을 만들어 낸다.

 

맥퀸은 20개 정도의 은하를 추가로 샘플링하여 연구영역을 확대할 계획을 갖고 이다.

"우리가 개개의 별들을 관측할 수 있을만큼 근거리에 위치한 왜소은하들에 대한 연구를 계속하게 되면 새로운 별들을 만들어낼 수 있을만한 가스를 포함하고 있는 훨씬 멀리 존재하는 원거리 은하에 대한 관측 결과를 해석하는데 많은 도움이 될 수 있을 것입니다."

 

맥퀸의 결과는 ' Astrophysical Journal' 지에 4월 10일 발표되었다.

 

 

 

사진4 > IC 4662

 

 

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

   본 내용은 2009년 4월 30일 발표된 뉴스입니다. 

 

참고 : 은하에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 확인할 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>

 

사진1>

ABOUT THIS IMAGE:

These images, taken by NASA's Hubble Space Telescope, show myriad stars residing in the central regions of the three dwarf galaxies NGC 4163, NGC 4068, and IC 4662.

The bluish dots are younger stars; the reddish dots, older stars. The irregularly shaped red blobs in the images of NGC 4163 and IC 4662 are regions of current starburst activity. Starbursts are areas of intense star formation.

The three galaxies are part of a Hubble study of starbursts in nearby, small, or dwarf, galaxies. Based on this study, astronomers have found that starbursts continue 100 times longer than first thought, lasting 200 million to 400 million years. These galaxies show that starbursts are not isolated events, but sweep across a galaxy.

Each of the three starburst galaxies has a different shape. The collection of stars in NGC 4163 is more spherical, with a higher concentration of stars forming in the center. By contrast, the grouping of stars in NGC 4068 is more elongated and has fewer new stars than the other two galaxies. Astronomers think the starburst in this galaxy is ending. In the image of IC 4662 the clumpy red blobs peppered throughout the galaxy indicate active regions of star birth. one such region extends off the image's top, right edge. This galaxy exhibits the strongest star formation of the three galaxies in the study.

The distances of the galaxies range from 8 million to 14 million light-years away.

The images were taken in 2004 by the Advanced Camera for Surveys.

 

 

The full news release story:

Bursts of star making in a galaxy have been compared to a Fourth of July fireworks display: They occur at a fast and furious pace, lighting up a region for a short time before winking out.

But these fleeting starbursts are only pieces of the story, astronomers say. An analysis of archival images of small, or dwarf, galaxies taken by NASA's Hubble Space Telescope suggests that starbursts, intense regions of star formation, sweep across the whole galaxy and last 100 times longer than astronomers thought. The longer duration may affect how dwarf galaxies change over time, and therefore may shed light on galaxy evolution.

"Our analysis shows that starburst activity in a dwarf galaxy happens on a global scale," explains Kristen McQuinn of the University of Minnesota in Minneapolis and leader of the study. "There are pockets of intense star formation that propagate throughout the galaxy, like a string of firecrackers going off." According to McQuinn, the duration of all the starburst events in a single dwarf galaxy would total 200 million to 400 million years.

These longer timescales are vastly more than the 5 million to 10 million years proposed by astronomers who have studied star formation in dwarf galaxies. "They were only looking at individual clusters and not the whole galaxy, so they assumed starbursts in galaxies lasted for a short time," McQuinn says.

Dwarf galaxies are considered by many astronomers to be the building blocks of the large galaxies seen today, so the length of starbursts is important for understanding how galaxies evolve.

"Astronomers are really interested to find out the steps of galaxy evolution," McQuinn says. "Exploring these smaller galaxies is important because, according to popular theory, large galaxies are created from the merger of smaller, dwarf galaxies. So understanding these smaller pieces is an important part of filling in that scenario."

McQuinn's team analyzed archival Advanced Camera for Surveys data of three dwarf galaxies, NGC 4163, NGC 4068, and IC 4662. Their distances range from 8 million to 14 million light-years away. The trio is part of a survey of starbursts in 18 nearby dwarf galaxies.

Hubble's superb resolution allowed McQuinn's team to pick out individual stars in the galaxies and measure their brightness and color, two important characteristics astronomers use to determine stellar ages. By determining the ages of the stars, the astronomers could reconstruct the starburst history in each galaxy.

Two of the galaxies, NGC 4068 and IC 4662, show active, brilliant starburst regions in the Hubble images. The most recent starburst in the third galaxy, NGC 4163, occurred 200 million years ago and has faded from view.

The team looked at regions of high and low densities of stars, piecing together a picture of the starbursts. The galaxies were making a few stars, when something, perhaps an encounter with another galaxy, pushed them into high star-making mode. Instead of forming eight stars every thousand years, the galaxies started making 40 stars every thousand years, which is a lot for a small galaxy, McQuinn says. The typical dwarf is 10,000 to 30,000 light-years wide. By comparison, a normal-sized galaxy such as our Milky Way is about 100,000 light-years wide.

About 300 million to 400 million years ago star formation occurred in the outer areas of the galaxies. Then it began migrating inward as explosions of massive stars triggered new star formation in adjoining regions. Starbursts are still occurring in the inner parts of NGC 4068 and IC 4662.

The total duration of starburst activity depends on many factors, including the amount of gas in a galaxy, the distribution and density of the gas, and the event that triggered the starburst. A merger or an interaction with a large galaxy, for example, could create a longer starburst event than an interaction with a smaller system.

McQuinn plans to expand her study to a larger sample of more than 20 galaxies. "Studying nearby dwarf galaxies, where we can see the stars in great detail, will help us interpret observations of galaxies in the distant universe, where starbursts were much more common because galaxies had more gas with which to make stars," McQuinn explains.

McQuinn's results appeared in the April 10 issue of The Astrophysical Journal.

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

Kristen McQuinn
University of Minnesota, Minneapolis, Minn.
612-626-1819
kmcquinn@astro.umn.edu