블랙홀이 뜯겨져 나간 것으로 보이는 거대 은하를 관측하다.

사진설명 : 허블우주망원경이 촬영한 이 타원은하는 Abell 2261 은하단을 구성하고 있는 은하중 가장 무겁고 가장 밝은 은하이다. 

                백만광년에 걸쳐 뻗어있는 이 은하의 지름은 우리 은하의 약 10배에 달한다. 

 

                부풀어 오른 은하는 특이 은하로 분류되는 은하로서 

                천문학자들이 블랙홀과 그 주변을 돌면서 절정의 빛을 내뿜는 별들이 몰려있을 것으로 예상하고 있는 부분에 

                안개처럼 빽빽하게 들어선 별빛이 사방으로 퍼져있는 양상을 보이고 있는 은하이다. 

                허블의 관측자료에 따르면 이 은하의 부풀어 오른 중심부의 크기는 약 1만광년에 달하며 

                이는 지금까지  측정된 은하중심부 중 가장 거대한 규모이다. 

                이러한 모습은 미스터리로 남아있으며 이 은하에 대한 연구는 은하의 중심을 형성시키는 것으로 보이는 블랙홀이 

                어떻게 행동하는지에 대한 통찰을 제공해 줄지도 모른다.  

                천문학자들은 허블의 ACS와 WFC3를 이용하여 A2261-BCG라고 명명된, 이은하 전역에 퍼져있는 별빛의 양을 측정하였다. 

                Abell 2261은하단은 30억광년 거리에 위치하고 있다. 

                이번 관측은 2011년 3월부터 5월까지 진행되었다. 

                Abell 2261 은하단은  '허블우주망원경을 통한 은하단의 중력렌즈효과와 초신성 탐사( the Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble, 

                CLASH)'의 일환으로 다파장으로 탐색된 은하단이다. 

The full news release story:

천문학자들이 NASA의 허블우주망원경을 이용하여 중심에 품고 있는 블랙홀의 활동에 의해 한껏 부풀어오른것으로 추정되는 

거대 타원은하의 인상적인 모습을 담아냈다. 

약 100만광년 정도 크키로 펼쳐져 있는 이 은하의 크기는 우리 은하의 10배에 달하는 크기이다. 

부풀어 오른 은하는 특이 은하로 분류되는 은하로서, 

일반적인 양상으로 보자면 중심에 위치하는 블랙홀 주변을 절정한 달하는 빛을 뿜어내는 별들이 몰려있을만한 곳에 

안개처럼 빽빽하게 들어선 별빛이 사방으로 퍼져있는 양상을 보이는 은하이다. 

이 중심부를 바라보노라면 그저 방대한 지역에 집들이 가득 들어차 있는 모습을 떠올릴 수 있을 뿐, 일체 중심가가 될만한 지역은 보이지 않는다. 

천문학자들은 허블 ACS(Advanced Camera for Surveys)와 WFC3( Wide Field Camera 3)를 이용하여 

A2261-BCG 로 명명된 이 은하 전반에 걸쳐 펼쳐져 있는 별빛의 양을 측정하였다. 

허블의 관측자료에 따르면 부풀어 오른 이 은하의 중심은 약 1만 광년 정도 크기로 이는 지금까지 측정된 은하핵중 가장 거대한 크기이다. 

은하핵의 크기는 일반적으로 은하 자체의 규모와 연관되어 있는데, 

이 은하의 경우는 중심지역이 은하의 크기에 비해 천문학자들이 예측할 수 있는 수치보다 훨씬 거대한 규모를 가진 경우였다. 

사실 이 은하의 중심은 다른 발광은하들에 비해 무려 3배나 큰 규모를 가지고 있는 상태이다. 

30억 광년 거리에 존재하는 이 은하는 Abell 2261 은하단에서 가장 무겁고 가장 밝은 은하이다. 

천문학자들은 이 은하의 부풀어오른 중심에 대해 두 가지의 가설을 제기하였다. 

그 중 하나는 한 쌍의 블랙홀이 통합되면서 중력작용으로 별들을 산산이 흩뿌려놓았다는 가설이다. 

또 다른 가설은 합병된 블랙홀이 중심부에서 밀려나 버렸다는 가설이다. 

아교역할을 할만한 천체가 사라지면서 남겨진 별들은 분산을 시작하였으며 그 결과 이처럼 부풀어오른 중심부를 만들어냈다는 가설이다. 

이전에 수행된 허블 연구들은 태양의 수백만배에서 수십억배에 달하는 질량을 가진 거대한 질량의 블랙홀들이 모든 은하의 중심부에 존재하고 있으며

이들은 은하의 중심지역의 형태를 결정짓는 역할을 한다는 사실을 밝혀주었다. 

 

이번 논문의 공동저자이자 국립광학천문관측소( the National Optical Astronomy Observatory)의 천문학자인 토드 라우어(Tod Lauer)는

이 점을 다음과 같이 설명하고 있다.

"모든 은하의 중심에 블랙홀이 있을거라는 사실은 마치 복숭아 안에는 당연히 단단한 씨가 있을것이라고 예측할 수 있는 것과 같습니다.

 그런데 허블우주망원경을 이용하여 거대한 복숭아를 한 번 잘라봤더니 그 안에 씨가 없는 상황이 발생한 거에요. 

 물론 아직 우리는 이 은하의 중심에 블랙홀이 없으리라고 확언할 수는 없습니다만, 

 허블의 관측 자료는 이 은하의 중심에 일체 별들이 몰려 있지 않다는 점을 보여주고 있습니다."

팀 리더인 우주망원경 과학 연구소(the Space Telescope Science Institute)의 마크 포스트만( Marc Postman)은 

이 은하가 허블이 촬영한 사진들 중 단연 돋보이는 은하라고 말하고 있다. 

 "제가 맨처음 이 은하를 봤을 때, 저는 한눈에 이 은하가 매우 이상한 은하라는 걸 알 수 있었습니다.

  은하의 중심이 사방으로 퍼져있고, 아주 거대한 규모였죠. 

  이 사실은 이전 허블의 관측을 통해 알고 있는 우리들의 상식에 도전이 되는 것이며 

  이런 특별한 은하의 흥미로운 본성에 대해 그럴듯한 설명을 도출해내야 한다는  점을 말해줍니다."

 

그 결과를 담고 있는 이번 논문은 9월 10일 Astrophysical Journal에 발표되었다. 

천문학자들은 이 은하의 중심에서 블랙홀과 여기에 몰려있는 별들의 위치를 특정할만한 단초를 찾기를 기대했다. 

그러나 별빛의 선명도는 은하 전역에 걸쳐 균일하게 나타나고 있었다. 

부풀어오른 은하핵에 대한 또 하나의 가설은 그 중심지역에 두 개의 블랙홀이 서로에 대해 공전하고 있을지 모른다는 것이다. 

이 두개의 블랙홀을 합치면 그 질량은 태양의 수십억배에 달하게 될 것이다.  

이중에서 하나의 블랙홀은 원래부터 이 은하에 존재했을 것이고 나머지 하나의 블랙홀은 좀더 작은 규모의 은하에 있었던 블랙홀인데 

이 거대 타원은하가 그 은하를 집어삼키면서 두 번째 블랙홀이 존재하게 된 것일 것이다.

 

이 가설에 의하면 거대 은하의 중심부를 돌고 있던 별들은 두 개의 블랙홀에 바짝 다가서게 되었다. 

그리고 이 별들은 중력작용에 의해 중심부로부터 내쳐졌을 것이다. 

이렇게 별들을 분산시키는 활동은 블랙홀의 운동량을 감쇄시키면서 서로간에 거리를 점점 가깝게 만들고 

최종적으로 이 블랙홀들은 하나로 합쳐지게 될 것이다. 

또다른 가능성은 블랙홀의 합병이 우주공간에 파생시키는 중력파동과 관련이 있는 것이다. 

일반 상대성 이론에 따르면 한쌍의 블랙홀이 합쳐질때 방사상으로 중력파동을 발생시키게 된다. 

만약 서로 다른 질량을 가진 블랙홀들이라면 이 때 발생하는 파동 에너지는 마치 로켓을 추진시키는 힘과 같은 양상으로 

특정 방향으로만 더 강력한 에너지를 만들게 될 것이다. 

이러한 힘의 불균형은 통합된 블랙홀을 원 위치에서 시속 수백만킬로미터의 속도로 움직이게 만들고 그 결과 

중심부에 블랙홀이 존재하지 않는 희귀한 은하가 만들어진다는 것이다. 

이어지는 라우어의 설명은 다음과 같다.

"블랙홀은 별들을 묶고 있는 아교와 같습니다. 

 만약 그 블랙홀을 들어낸다면, 갑작스레 엄청난 질량이 빠져나가는 현상으로 인해 별들은 위치를 유지하지 못하고 사방으로 튀어나가게 되고, 

 그 결과 중심부가 거대하게 부풀어오르는 것입니다."

연구팀이 받아들인 분출하는 블랙홀에 대한 가설은 아마도 매우 낯설게 들릴 것이다.

하지만 포스트만은 이러한 사실이 우주는 생각지도 못하는 것을 발견하게 해주는 매우 매력적인 곳이라는 걸 말해주는 것이라고 말했다. 

라우어가 덧붙인 설명은 다음과 같다.

"이 구조는 수많은 질문을 양산에 내기에 충분할만큼 흥미로운 현상입니다.

 우리는 블랙홀이 어떻게 행동하는가에 대해서 정말 많은 생각들을 가지고 있습니다. 그러나 우리는 그러한 이론을 테스트할 수는 없는 상황이죠.

 이 은하는 그러한 수많은 생각들, 블랙홀들이 서로간에 어떻게 역동적인 상호작용을 하는가, 그리고 주변을 둘러싼 별들에게 어떻게 영향을 끼치는가와 같은 

 생각지도 못했던 아이디어들을 테스트할 수 있는 매우 흥미로운 천체입니다."

연구팀은 지금 후속 연구를 위해 뉴멕시코주의 VLA( the Very Large Array radio telescope)를 통해 관측을 계속하고 있다. 

천문학자들은 블랙홀로 떨어지는 물질들이 다른 여러 유형의 복사와는 전혀 다른 라디오파를 복사해 낼 것으로 기대하고 있다. 

이들은 VLA로부터 수집하게될 라디오파를 허블의 이미지와 결합하여 블랙홀의 정확한 위치를 특정할 수 있기를 기대하고 있다. 

만약 그것이 존재한다면 말이다. 

Abell 2261 은하단은 포스트만이 이끄는 '허블우주망원경을 통한 은하단의 중력렌즈효과와 초신성 탐사( the Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble, CLASH)' 의 일환으로 다파장으로 탐색된 은하단이다. 

이 탐사는 25개의 거대 질량을 가진 은하단의 암흑물질 분포를 탐사하고 있다. 

* '허블사이트'폴더에는 허블공식사이트(http://hubblesite.org) 의 뉴스센터 자료를 번역,게시하고 있습니다.

   본 내용은 2012년 10월 25일 발표된 뉴스입니다.

원문>

사진설명>

 

ABOUT THIS IMAGE:

 

The giant elliptical galaxy in the center of this image, taken by NASA's Hubble Space Telescope, is the most massive and brightest member of the galaxy cluster Abell 2261.

Spanning a little more than one million light-years, the galaxy is about 10 times the diameter of our Milky Way galaxy. The bloated galaxy is a member of an unusual class of galaxies with a diffuse core filled with a fog of starlight. Normally, astronomers would expect to see a concentrated peak of light around a central black hole. The Hubble observations revealed that the galaxy's puffy core, measuring about 10,000 light-years, is the largest yet seen.

The observations present a mystery, and studies of this galaxy may provide insight into how black hole behavior may shape the cores of galaxies.

Astronomers used Hubble's Advanced Camera for Surveys and Wide Field Camera 3 to measure the amount of starlight across the galaxy, dubbed A2261-BCG. Abell 2261 is located three billion light-years away.

The observations were taken March to May 2011. The Abell 2261 cluster is part of a multi-wavelength survey called the Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH).

Object Names: Abell 2261, A2261-BCG

Image Type: Astronomical

 

Credit: NASA, ESA, M. Postman (STScI), T. Lauer (NOAO), and the CLASH team

 

 

The full news release story:

 

 

Astronomers using NASA's Hubble Space Telescope have obtained a remarkable new view of a whopper of an elliptical galaxy that may have been puffed up by the actions of one or more black holes in its core.

Spanning a little more than one million light-years, the galaxy is about 10 times the diameter of our Milky Way galaxy. The bloated galaxy is a member of an unusual class of galaxies with a diffuse core filled with a fog of starlight where there would normally be a concentrated peak of light around a central black hole. Viewing the core is like seeing a city with no downtown, just houses sprinkled across a vast landscape.

Astronomers used Hubble's Advanced Camera for Surveys and Wide Field Camera 3 to measure the amount of starlight across the galaxy, dubbed A2261-BCG. The Hubble observations revealed that the galaxy's puffy core, measuring about 10,000 light-years, is the largest yet seen.

A galaxy's core size typically is correlated to the dimensions of its host galaxy, but in this case, the central region is much larger than astronomers would expect for the galaxy's size. In fact, the bloated core is more than three times larger than the center of other very luminous galaxies. Located three billion light-years away, the galaxy is the most massive and brightest galaxy in the Abell 2261 cluster.

Astronomers have proposed two possibilities for the puffy core. one scenario is that a pair of merging black holes gravitationally stirred up and scattered the stars. Another idea is that the merging black holes were ejected from the core. Left without an anchor, the stars began spreading out even more, creating the puffy-looking core.

Previous Hubble observations have revealed that supermassive black holes, weighing millions or billions times more than the Sun, reside at the centers of nearly all galaxies and may play a role in shaping those central regions.

"Expecting to find a black hole in every galaxy is sort of like expecting to find a pit inside a peach," explained astronomer Tod Lauer of the National Optical Astronomy Observatory in Tucson, Ariz., a co-author of the Hubble study. "With this Hubble observation, we cut into the biggest peach and we can't find the pit. We don't know for sure that the black hole is not there, but Hubble shows that there's no concentration of stars in the core."

Team leader Marc Postman of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md., said the galaxy stood out in the Hubble image. "When I first saw the image of this galaxy, I knew right away it was unusual," Postman explained. "The core was very diffuse and very large. The challenge was then to make sense of all the data, given what we knew from previous Hubble observations, and come up with a plausible explanation for the intriguing nature of this particular galaxy."

The paper describing the results appeared in the Sept. 10 issue of The Astrophysical Journal. The astronomers expected to see a slight cusp of light in the galaxy's center, marking the location of the black hole and attendant stars. Instead, the starlight's intensity remained fairly even across the galaxy.

One possibility for the puffy core may be due to two central black holes orbiting each other. These black holes collectively could have been as massive as several billion suns. Though one of the black holes would be native to the galaxy, a second black hole could have been added from a smaller galaxy that was gobbled up by the massive elliptical.

In this scenario, stars circling in the giant galaxy's center came close to the twin black holes. The stars were then given a gravitational boot out of the core. Each gravitational slingshot robbed the black holes of momentum, moving the pair ever closer together, until finally they merged, forming one supermassive black hole that still resides in the galaxy's center.

Another related possibility is that the black-hole merger created gravity waves, which are ripples in the fabric of space. According to the theory of general relativity, a pair of merging black holes produce ripples of gravity that radiate away. If the black holes are of unequal mass, then some of the energy may radiate more strongly in one direction, producing the equivalent of a rocket thrust. The imbalance of forces would have ejected the merged black hole from the center at speeds of millions of miles an hour, resulting in the rarity of a galaxy without a central black hole. "The black hole is the anchor for the stars," Lauer explained. "If you take it out, all of a sudden you have a lot less mass. The stars don't get held down very well and they expand out, enlarging the core even more."

The team admits that the ejected black-hole scenario may sound far-fetched, "but that's what makes observing the universe so intriguing — sometimes you find the unexpected," said Postman.

Added Lauer: "This is a system that's interesting enough that it pushes against a lot of questions. We have thought an awful lot about what black holes do. But we haven't been able to test our theories. This is an interesting place where a lot of the ideas we've had can come together and can be tested, fairly exotic ideas about how black holes may interact with each other dynamically and how they would affect the surrounding stellar population."

The team is now conducting follow-up observations with the Very Large Array radio telescope (VLA) in New Mexico. The astronomers expect material falling onto a black hole to emit radio waves, among other types of radiation. They will compare the VLA data with the Hubble images to more precisely pin down the location of the black hole, if it indeed exists.

The Abell 2261 cluster is part of a multi-wavelength survey, led by Postman, called the Cluster Lensing And Supernova survey with Hubble (CLASH). The survey probes the distribution of dark matter in 25 massive galaxy clusters.

CONTACT

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

Marc Postman
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4340
postman@stsci.edu

Tod Lauer
National Optical Astronomy Observatory, Tucson, Ariz.
520-318-8920
lauer@noao.edu