안드로메다 은하와의 충돌

 

사진 1>

이 포토 일러스트레이션은 우리 은하와 안드로메다 은하간에 충돌이일어나기 바로 전 상황을 묘사하고 있다. 

약 37억 5천만년 정도 후에 안드로메다 은하의 원반은 하늘을 가득 채우게 될 것이고 중력조석작용에 의해 우리 은하는 휘어지게 된다.

이 장면은 두 은하간에 충돌에 대한 컴퓨터 모델링에 의해 만들어진 것이다.

두 은하간의 충돌은 40억년 후부터 발생하게 되며 약 60억년 후에는 완전히 하나의 은하로 합병하게 된다.

 

 뉴스 전문

 

NASA의 천문학자들이 지난 목요일, 우리 은하와, 태양, 그리고 태양계에 영향을 미칠 거대한 우주 사건을 확실히 예견할 수 있다고 발표했다.
그것은 바로 우리 은하와 우리의 이웃 은하인 안드로메다 은하와의 충돌이다.

 

이 충돌은 지금으로부터 40억 년 후에 발생하게 될 것이고, 충돌이 일어나는 동안 우리 은하는 완전히 다른 모습으로 바뀔 운명이라고 한다.

이 때 태양은 우리 은하에서 전혀 다른 지역으로 내던져지게 될 것이지만 지구와 태양계가 파괴될 위험은 없다고 한다.

 

볼티모어 우주망원경과학 연구소(the Space Telescope Science Institute, 이하 STScI)의 롤란드 반 더 마렐(Roeland van der Marel)은 이번 발견이 일관되게 우리 은하와 안드로메다 은하가 충돌을 향해 나가고 있다는 사실을 보여주고 있다고 말했다.

 
이러한 결과는 M31이라고 알려져 있기도 한 안드로메다 은하의 움직임을 측정한 NASA 허블 우주망원경의 지난한 관측을 통해 도출되었다.

안드로메다 은하는 현재 우리로부터 250만광년 떨어져 있지만 우리 은하와 안드로메다 은하는 모두 보이지 않는 암흑물질에 둘러싸여 있으며 상호간의 인력으로 서로를 향해 거침없는 돌진을 계속하고 있다. 
 
STScI의 Sangmo Tony 는 안드로메다 은하와 우리 은하의 운명에 대한 일세기에 거친 탐색의 결과 최소한 다가오는 수십억년의 시간동안 어떻게 사건이 펼쳐질지에 대한 명확한 그림을 그릴 수 있게 되었다고 말했다 
 
시나리오는 마치 야구에서 강속구를 바라보고 있는 타자와 같이 전개된다.

비록 안드로메다의 접근 속도는 과거에 비해 2천배나 빨라졌지만, 스트라이크가 되기 전까지는, 즉 충돌이 현실화 되기 전까지는 40억년의 시간이 더 걸리게 될 것이다. 
 
허블의 측정자료로부터 얻어진 컴퓨터 시뮬레이션 결과는 우리은하와 안드로메다 은하가 충돌을 한 이후 중력조석작용에 의해 완전히 하나의 은하로 합쳐져서 국부은하군에서 일반적으로 관측되는 유형의 하나인 타원은하가 될 때까지 이십억년의 시간이 더 걸릴 것으로 예측하였다.

 

* 은하 충돌 과정 예측 사진

: 사진 2부터 사진 9까지는 다음 수십억년에 걸쳐 전개될 우리 은하와 안드로메다 은하의 충돌을 묘사한 포토 일러스트레이션이다.

사진 2> 이 사진은 오늘날 밤하늘에서 볼 수 있는 장면으로 우리 은하의 밝은 밸트가 나타나 있다.

250만 광년 거리의 안드로메다 은하는 보름달 직경의 수배정도 크기의 아주 희미한 방추체처럼 보인다.

 

사진 3> 20억년 후 : 안드로메다 은하의 원반이 확실히 크게 보인다.

 

사진 4> 37억 5천 만년 후 : 안드로메다 은하가 밤하늘을 가득 채우고 있고 우리 은하가 안드로메다 은하의 중력 조석 작용에 의해 휘어지기 시작한다.

 

 

 

사진 5, 6> 38억 5천년 ~ 39억년 후 : 첫 번째 충돌이 발생하는 기간 동안 새로운 별들이 왕성하게 만들어지면서 발광성운과 산개성단이 온 하늘을 가득채워 하늘이 활활 불타오르는 듯한 모습을 나타내게 된다. 
 

사진 7> 40억년 후 : 첫 번째 충돌이 있은 후 안드로메다 은하와 우리 은하 모두 중력 조석작용에 의해 뻗쳐지고 뒤틀린 모습을 보여주게 된다.

 

사진 8> 51억년 후 : 두 번째 충돌이 일어나는 동안 우리은하와 안드로메다 은하핵은 하나의 구체로 뭉쳐지고  첫번째 충돌에서 성간 가스와 먼지들이 새로운 별들을 왕성하게 만들어내는 과정에서 급격히 감소되어 새로운 별을 탄생시키는 성운은 확연하게 줄어든다.

 

사진 9> 

70억년 후 : 은하들간의 완전 합병으로 새로운 거대 타원은하가 만들어지고 이 타원은하의 밝은 핵은 밤하늘을 가득 채운다. 새로 탄생한 타원은하에서 거의 소멸된 성간 먼지와 가스들은 더 이상 새로운 별들이나 성운들을 만들어내지 못한다. 늙은 별들은 더 이상 은하 평단면에 도열해 있지도 않고 타원형 형태로 도열해 있게 된다.

 

 

비록 은하들이 서로 충돌을 하긴 하지만 은하에 존재하는 개개의 별들은 각각이 너무 멀리 떨어져 있어서 서로 충돌하는 일은 발생하지 않을 것이다.

하지만 별들은 새로운 은하의 중심부로부터는 완전히 다른 궤도로 내던져지게 된다.

컴퓨터 시뮬레이션 결과는 우리 태양계의 경우 오늘날보다도 훨씬 더 은하중심으로부터 멀어질 것이라고 예측하고 있다.

 
문제를 더욱 복잡하게 만드는 것은, M31의 작은 동반은하인 삼각형자리 은하(the Triangulum galaxy) M33역시 안드로메다은하와 우리 은하의 충돌이후 충돌에 참여하게 될 수 있다는 것이다.

하지만 M33이 우리 은하와 먼저 충돌하게 될 가능성은 많지 않다.

 

동영상 1> 

세 개 은하의 병합.
국부 은하군에서 가장 거대 규모를 자랑하는 세 개 은하는 우리 은하와 안드로메다 은하(M31), 그리고 삼각형자리 은하(M33)이다. 

이 컴퓨터 시뮬레이션 영상은 향후 수십억년동안 우리 은하와 안드로메다 은하의 숙명과도 같은 충돌을 묘사하고 있다.

허블우주망원경의 관측 자료는 이 두 개의 은하가 서로의 중력에 의해 약 40억년 후 충돌하게 될 것임을 말해주고 있다.

이들 나선은하의 얇은 원반은 충돌 과정에서 뒤틀리게 되고, 돌이킬 수 없는 모습으로 바뀌게 될 것이며 약 60억년 후 두 개 은하는 완전히 다른 하나의 타원은하를 형성하게 된다.

이 컴퓨터 시뮬레이션에서는 우리 은하와 안드로메다 은하간의 충돌이 계속되는 동안 삼각형자리 은하는 자신의 궤도를 유지하는 것으로 나타나고 있지만 또다른 시뮬레이션에서는 충돌에 참여하는 것으로 나타나기도 한다.

 
 
우주의 팽창은 가속되고 있으며, 은하들을 감싸고 있는 암흑물질의 중력작용에 의해 근접은하들간의 충돌 역시 계속 진행되고 있다.

허블 우주망원경의 관측 결과는 우주가 훨씬 작았던 옛날부터 은하들간의 충돌이 일상적으로 발생하는 사건임을 보여주고 있다.

1세기 전의 천문학자들은 M31이 우리 은하의 별들 너머에 존재하는 완전히 다른 은하라는 사실을 깨닫지 못했다.

에드윈 허블이 '거리 표지석'처럼 작동하는 변광성의 존재를 발견함으로써 그 방대한 거리를 처음으로 측정하였다.

에드윈 허블의 계속된 발견은 우주가 팽창하면서 은하들 역시 서로간에 빠르게 멀어진다는 사실에까지 이르렀지만 M31의 경우는 약 시속 40만킬로미터의 속도로 우리 은하를 향해 움직이고 있다는 사실을 알게 되었다.

이 속도는 지구로부터 달까지를 한 시간에 주파할 수 있는 엄청난 속도이다.

이 측정치는 움직이는 물체에 의해 만들어지는 진폭과 주파수의 변화를 의미하는 도플러효과를 이용하여 우리를 향해 빠르게 움직이고 있는 안드로메다의 별빛이 압축되는 양상을 측정하여 만들어졌다.

 

이전까지는 충돌이 발생하기는 할지,  빗나가게 될지,  정면 충돌을 하게 될지에 대해 전혀 알려진 것이 없었다. 

이것은 전적으로 M31의 고유운동에 달려 있었다.

지난 일세기간의 수많은 수집자료에도 불구하고 천문학자들은 지금까지 하늘에서 M31의 고유운동을 측정할 수 없었다.

그러나 van der Marel이 이끄는 허블우주망원경 팀은 M31의 고유운동에 대한 유레없는 정확한 관측을 이끌어 내어 우리 은하와 안드로메다 은하가 과연 충돌하게 될까라는 의문을 완전히 제거시켰다.

STScI의 Jay Anderson은 이번 업적은 5년에서 7년에 걸친 기간동안 은하의 특정 지역을 선정하여 반복적으로 관측한 결과라고 말했다.

 

연구팀원 중 한 명인  콜롬비아 대학의 Gurtina Besla 는 이번에 시뮬레이션 된 충돌 과정을 다음과 같이 설명하였다.
"시뮬레이션에서 나타난 최악의 시나리오는 M31이 우리 은하와 정면으로 부딪히면서 별들이 모두 뿔뿔이 다른 궤도로 튀어나가는 상황입니다.

안드로메다 은하와 우리은하를 구성하는 있는 모든 별들이 서로 뒤흔들리면서 우리 은하가 거의 대부분의 별들이 원형 궤도를 유지하면서 만들어진 균일한 팬케이크 모양을 잃게 된다는 것입니다.

양 은하의 핵이 하나로 뭉쳐지고 별들도 무작위적으로 형성된 궤도에 안착하면서 타원형 모양의 은하가 만들어지게 됩니다."

 
우주왕복선에 의해 허블우주망원경의 업그레이드가 이루어져 가장 강력한 카메라가 장착되면서 천문학자들은 M31의 운동을 확정짓는데 필요한 세밀한 측정 자료를 만들어내는데 충분한 시간을 확보할 수 있었다.

허블관측자료와 충돌에 대한 일련의 자료들을 보고한 세개의 논문이 이번 the Astrophysical Journal 지에 발표될 것이다.

 
이번 연구를 이끈 팀원들은 다음과 같다. 
Principal Investigator R.P. van der Marel (Space Telescope Science Institute [STScI], Baltimore, Md.)
S.T. Sohn and J. Anderson (STScI)
G. Besla (Columbia University, New York, N.Y.)
M. Fardal (University of Massachusetts, Amherst, Mass.)
R.L. Beaton (University of Virginia, Charlottesville, Va.)
Thomas M. Brown (STScI)
P. Guhathakurta (UCO/Lick Observatory, University of California, Santa Cruz, Calif.)
T.J. Cox (Carnegie Observatories, Pasadena, Calif).

 

 

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.
   본 내용은 2012년 5월 31일 발표된 뉴스입니다.

 

참고 : M31, 안드로메다 은하를 비롯한 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 

참고 : 은하간의 충돌은 우주에서는 흔하게 관측되는 사건 중 하나입니다.
          하기 포스팅에는 2008년 4월, 허블 우주망원경 발사 18주년을 기념하여 발표된 다양한 은하충돌 자료를 담고 있습니다.
         https://big-crunch.tistory.com/11315443

 

원문>

사진 1>

ABOUT THIS IMAGE:

This photo illustration depicts a view of the night sky just before the predicted merger between our Milky Way galaxy and the neighboring Andromeda galaxy. About 3.75 billion years from now, Andromeda's disk fills the field of view and its gravity begins to create tidal distortions in the Milky Way. The view is inspired by dynamical computer modeling of the future collision between the two galaxies. The two galaxies collide about 4 billion years from now and merge to form a single galaxy about 6 billion years from now.

Object Names: M31, NGC 224, Andromeda Galaxy

Image Type: Illustration

 

 

The full news release story:

NASA astronomers announced Thursday they can now predict with certainty the next major cosmic event to affect our galaxy, Sun, and solar system: the titanic collision of our Milky Way galaxy with the neighboring Andromeda galaxy.

The Milky Way is destined to get a major makeover during the encounter, which is predicted to happen four billion years from now. It is likely the Sun will be flung into a new region of our galaxy, but our Earth and solar system are in no danger of being destroyed.

"Our findings are statistically consistent with a head-on collision between the Andromeda galaxy and our Milky Way galaxy," said Roeland van der Marel of the Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore.

The solution came through painstaking NASA Hubble Space Telescope measurements of the motion of Andromeda, which also is known as M31. The galaxy is now 2.5 million light-years away, but it is inexorably falling toward the Milky Way under the mutual pull of gravity between the two galaxies and the invisible dark matter that surrounds them both.

"After nearly a century of speculation about the future destiny of Andromeda and our Milky Way, we at last have a clear picture of how events will unfold over the coming billions of years," said Sangmo Tony Sohn of STScI.

The scenario is like a baseball batter watching an oncoming fastball. Although Andromeda is approaching us more than two thousand times faster, it will take four billion years before the strike.

Computer simulations derived from Hubble's data show that it will take an additional two billion years after the encounter for the interacting galaxies to completely merge under the tug of gravity and reshape into a single elliptical galaxy similar to the kind commonly seen in the local universe.

Although the galaxies will plow into each other, stars inside each galaxy are so far apart that they will not collide with other stars during the encounter. However, the stars will be thrown into different orbits around the new galactic center. Simulations show that our solar system will probably be tossed much farther from the galactic core than it is today.

To make matters more complicated, M31's small companion, the Triangulum galaxy, M33, will join in the collision and perhaps later merge with the M31/Milky Way pair. There is a small chance that M33 will hit the Milky Way first.

The universe is expanding and accelerating, and collisions between galaxies in close proximity to each other still happen because they are bound by the gravity of the dark matter surrounding them. The Hubble Space Telescope's deep views of the universe show such encounters between galaxies were more common in the past when the universe was smaller.

A century ago astronomers did not realize that M31 was a separate galaxy far beyond the stars of the Milky Way. Edwin Hubble measured its vast distance by uncovering a variable star that served as a "milepost marker."

Edwin Hubble went on to discover the expanding universe where galaxies are rushing away from us, but it has long been known that M31 is moving toward the Milky Way at about 250,000 miles per hour. That is fast enough to travel from here to the Moon in one hour. The measurement was made using the Doppler Effect, which is a change in frequency and wavelength of waves produced by a moving source relative to an observer, to measure how starlight in the galaxy has been compressed by Andromeda's motion toward us.

Previously, it was unknown whether the far-future encounter will be a miss, glancing blow, or head-on smashup. This depends on M31's tangential motion. Until now, astronomers have not been able to measure M31's sideways motion in the sky, despite attempts dating back more than a century. The Hubble Space Telescope team, led by van der Marel, conducted extraordinarily precise observations of the sideways motion of M31 that remove any doubt that it is destined to collide and merge with the Milky Way.

"This was accomplished by repeatedly observing select regions of the galaxy over a five- to seven-year period," said Jay Anderson of STScI.

"In the 'worst-case-scenario' simulation, M31 slams into the Milky Way head-on and the stars are all scattered into different orbits," said team member Gurtina Besla of Columbia University in New York, N.Y. "The stellar populations of both galaxies are jostled, and the Milky Way loses its flattened pancake shape with most of the stars on nearly circular orbits. The galaxies' cores merge, and the stars settle into randomized orbits to create an elliptical-shaped galaxy."

The space shuttle servicing missions to Hubble upgraded it with ever more-powerful cameras, which have given astronomers a long-enough time baseline to make the critical measurements needed to nail down M31's motion. The Hubble observations and the consequences of the merger are reported in three papers that will appear in an upcoming issue of the Astrophysical Journal.

The science team that did the investigation is led by Principal Investigator R.P. van der Marel (Space Telescope Science Institute [STScI], Baltimore, Md.), and further consists of S.T. Sohn and J. Anderson (STScI), G. Besla (Columbia University, New York, N.Y.), M. Fardal (University of Massachusetts, Amherst, Mass.), R.L. Beaton (University of Virginia, Charlottesville, Va.), Thomas M. Brown (STScI), P. Guhathakurta (UCO/Lick Observatory, University of California, Santa Cruz, Calif.), and T.J. Cox (Carnegie Observatories, Pasadena, Calif).

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

J.D. Harrington
Headquarters, Washington
202-358-5241
jharring@nasa.gov

Roeland van der Marel
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4931
marel@stsci.edu

 

사진 2 ~ 9>

ABOUT THIS IMAGE:

This series of photo illustrations shows the predicted merger between our Milky Way galaxy and the neighboring Andromeda galaxy, as it will unfold over the next several billion years. The sequence is inspired by dynamical computer modeling of the inevitable future collision between the two galaxies.

First Row, Left Panel: Present Day — This is a nighttime view of the current sky, with the bright belt of our Milky Way. The Andromeda galaxy lies 2.5 million light-years away and looks like a faint spindle, several times the diameter of the full Moon.

First Row, Right Panel: 2 Billion Years — The disk of the approaching Andromeda galaxy is noticeably larger.

Second Row, Left Panel: 3.75 Billion Years — Andromeda fills the field of view. The Milky Way begins to show distortion due to tidal pull from Andromeda.

Second Row, Right Panel, and Third Row, Left Panel: 3.85-3.9 Billion Years — During the first close approach, the sky is ablaze with new star formation, which is evident in a plethora of emission nebulae and open young star clusters.

Third Row, Right Panel: 4 Billion Years — After its first close pass, Andromeda is tidally stretched out. The Milky Way, too, becomes warped.

Fourth Row, Left Panel: 5.1 Billion Years — During the second close passage, the cores of the Milky Way and Andromeda appear as a pair of bright lobes. Star-forming nebulae are much less prominent because the interstellar gas and dust has been significantly decreased by previous bursts of star formation.

Fourth Row, Right Panel: 7 Billion Years — The merged galaxies form a huge elliptical galaxy, its bright core dominating the nighttime sky. Scoured of dust and gas, the newly merged elliptical galaxy no longer makes stars and no nebulae appear in the sky. The aging starry population is no longer concentrated along a plane, but instead fills an ellipsoidal volume.

NOTE: These illustrations depict the view from about 25,000 light-years away from the center of the Milky Way. The future view from our solar system will most likely be markedly different, depending on how the Sun's orbit within the galaxy changes during the collision.

Object Names: M31, NGC 224, Andromeda Galaxy

Image Type: Illustration

 

Science Illustration Credit: NASA, ESA, Z. Levay and R. van der Marel (STScI), T. Hallas, and A. Mellinger

 

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The three largest galaxies in our Local Group of Galaxies are our Milky Way along with the Andromeda (also known as Messier 31) and Triangulum (also known as Messier 33) galaxies. This scientific visualization of a computer simulation depicts their joint evolution over the next several billion years and features the inevitable massive collision between the Milky Way and Andromeda. Hubble Space Telescope observations indicate that the two galaxies, pulled together by their mutual gravity, will crash together in a head-on collision about 4 billion years from now. The thin disk shapes of these spiral galaxies are strongly distorted and irrevocably transformed by the encounter. Around 6 billion years from now, the two galaxies will merge to form a single elliptical galaxy. The Triangulum galaxy continues to orbit the merged pair through the end of this computer simulation, though other computer models show it becoming part of the collision.

The visualization covers 8.2 billion years into the future at 105 million years per second. Colors are representative: light blue for spiral galaxies (considered "blue" in astronomy parlance because of their active star formation) and orange-yellow for elliptical galaxies (called "red" by astronomers for their old stellar populations). A random background field of galaxies has been added to the simulation in order to indicate the camera motion through the simulation volume.

Visualization Credit: NASA, ESA, and F. Summers (STScI)

Simulation Credit: NASA, ESA, G. Besla (Columbia University), and R. van der Marel (STScI)