소마젤란 성운의 날개밑을 촬영하다.

 

소마젤란 성운( the Small Magellanic Cloud, SMC)은 우리 은하와 가장 가까이 있는 이웃 은하 중 하나이다. 
비록 이 은하는 난장이 은하로 불리긴 하지만, 그 밝기가 너무 밝아서 남반구와 적도 부근에서는 육안으로도 관측이 가능한 은하이다. 

 

이 은하의 이름으로 남아 있기도 한 페르디난드 마젤란을 비롯한 수많은 항해가들에게 이 은하는 대양에서 항로를 찾는데 도움이 되곤 하였다.  
그리고 오늘날, 비록 다른 이유이긴 하지만 소마젤란 성운(그리고 사촌 격인 대마젤란 성운)은 여러 천문학자들이 관심을 갖는 대상이기도 하다. 

소마젤란 성운은 그 가까운 위치와 밝기로 인해 먼 거리의 은하에서는 탐지하기 어려운 현상들을 연구하는 기회를 제공해주고 있다. 
이번 소마젤란 성운에 대해 얻은 새로운 찬드라 망원경의 데이터 역시 가까운 거리와 밝기로 인해 얻을 수 있었던 결과인데,  우리 태양과 비슷한 질량의 어린 별들로부터 복사되는 X 선을 우리 은하 바깥에서 처음으로 탐지해낸 것이다. 

이처럼 적은 질량의 별들은 소마젤란 성운의 "날개(Wing)"로 알려져 있는 지역에서 발견되었다. 

이 사진은 소마젤란 성운의 날개를 각각의 필터로 촬영하여 조합한 사진으로 찬드라 우주망원경이 촬영한 데이터는 보라색으로, 허블 우주망원경이 촬영한 가시광선 데이터는 삼원색으로, 그리고 스피처 우주망원경이 촬영한 적외선 데이터는 붉은 색으로 나타나 있다. 

천문학자들은 수소나 헬륨보다 무거운 원소들 - 이들은 원자핵에 두 개 이상의 광자를 가지고 있다-을  관행적으로 '메탈(metals)'이라 부른다. 
이 날개 지역은 우리 은하 대부분 지역에 비교해서 훨씬 적은 양의 메탈을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 
또한 이 지역은 우리 은하와 비교해서 훨씬 적은 양의 가스와 먼지, 별들을 가지고 있다. 

이러한 특징들은 이 날개 지역이 별의 생성 주기와 성간 공간에 들어차 있는 가스들을 연구하는데 대단히 독특한 지역이 되게 해주고 있다. 
왜냐하면 이러한 특징은 소마젤란 성운과 같은 왜소 불규칙 은하들의 전형적인 속성일뿐 아니라 초기 우주에 대한 근사체로도 활용될 수 있기 때문이다.

날개의 끝자락 근처에서 생성되고 있는 대부분의 별들은 최소한 세 개의 성단이 몰려 있는 NGC 602로 알려져 있는 작은 지역에서 탄생하고 있다.  
이 성단들 중 하나인 NGC 602a의 경우는 그 유명한 오리온 성단과 비슷한 연령, 비슷한 질량, 비슷한 크기를 가지고 있다. 
학자들은 NGC 602a에 - 고작 수백만년 정도의 연령을 가진 - 어린 별이 있다면 이 별이 형성될 때 훨씬 적은 메탈로 인해 전혀 다른 속성을 가지고 있을 것으로 추측해왔는데 이번에 그 별이 NGC 602a에서 발견된 것이다. 

천문학자들은 찬드라 망원경을 이용하여 NGC 602a의 가장 고밀도로 별들이 생성되고 있는 두 개의 지역에서 훨씬 넓은 폭으로 펼쳐져 있는 X선 복사를 관측하였다. 

이처럼 확장된 양상을 보이는 X선 구름은 성단 내, 갓 태어난 적은 질량의 별들이 몰려 있는 지역으로부터 발생한 것으로 보이는데 이 지역은 이미 이전에 스피처 우주망원경과 허블 우주망원경이 적외선과 가시광선으로 각각 관측했던 적이 있는 지역이었다. 

메탈 함유량이 낮은 별들로부터 발생하는 폭풍은 강하지 않기 때문에 여기서 관측된 X선 복사는 질량이 큰 별로부터 쏟아져나오는 고온의 가스폭풍은 아닐 것으로 여겨지고 있다. 

NGC 602a에 존재하는 별들 중 가장 무거운 질량을 가진 별에서 X선 복사를 관측하지 못한 것은 이러한 결론을 뒷받침하는 것으로 보인다.
왜냐하면 X선 복사는 무거운 별들로부터 쏟아져나오는 강력한 별폭풍의 증거이기도 하기 때문이다. 

비록 적은 질량의 별이 개별적으로 관측되지는 못했지만 수천 개의 별들로부터 발생한 복사는 관측하기에 충분할만큼 밝은 빛을 낸다. 

이번 찬드라 우주망원경의 관측 결과는 NGC 602에서 메탈을 거의 함유하고 있지 않은 어린 별들이 만들어낸 X선을 관측한 것이라고 결론 내릴 수 있는데, 우리 은하의 오리온 성운에서 발견되는 훨씬 많은 메탈 성분을 포함하고 있는 별들에서 관측되는 것과 유사한 양상을 보이고 있었다. 

이번 논문의 저자들은 서로 다른 환경에서 탄생한 어린 별들이 유사한 속성의 X선 복사 양상을 보이는 이유로 - 행성들이 형성되는 주변 원반의 형성과 진화 양상을 포함한 다른 속성들로 인해 유사한 양상이 나타날 수 있을 것이라는 추측을 하고 있다. 

X선 복사는 어린 별의 자기장 활동 양상과 이 별들이 어떻게 효과적으로 이 자기장을 운용하고 있는가를 추적할 수 있게 해 준다. 
자기력은 별의 자전 속도와 별의 내부에서 일어나는 고온 가스의 대류과정과 연관된 일련의 자기장 활동을 만들어낸다. 

X선과 가시광선, 적외선으로 관측한 데이터를 함께 연결지어보면 우리 은하 바깥에서 관측 된 것으로는 처음으로 별의 진화 양상에서 대단히 초기에 해당하는 대표적인 사례들을 발견한 것이다. 

"유아기의 별들(young stellar objects)"이라 불리는, 고작 몇 천년 정도밖에 되지 않은 이 별들은 독수리 성운의 그 유명한 "창조의 기둥"과 같은 우주먼지와 가스로 이루어진 기둥 안에 잠겨 있는 상태로 존재하는 별들이다. 

이번 관측 결과를 담은 논문은 2013년 3월 1일 The Astrophysical Journal 인터넷 판에 게시되었으며,  이번 논문의 제1저자는 독일 포츠담 대학의 리디아 오츠키노바(Lidia Oskinova)이다. 

 

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

   본 내용은 2013년 4월 4일 발표된 뉴스입니다.

 

참고 : NGC 602를 비롯한 각종 성단에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.      
           https://big-crunch.tistory.com/12346975 

참고 : 소마젤란 은하를 비롯한 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 아래 링크를 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>

Image: Taken Under the "Wing" of the Small Magellanic Cloud

ABOUT THIS IMAGE:

The Small Magellanic Cloud (SMC) is one of the Milky Way's closest galactic neighbors. Even though it is a small or so-called dwarf galaxy, the SMC is so bright that it is visible to the unaided eye from the Southern Hemisphere and near the equator. Many navigators, including Ferdinand Magellan who lends his name to the SMC, used it to help find their way across the oceans.

Modern astronomers are also interested in studying the SMC (and its cousin, the Large Magellanic Cloud), but for very different reasons. Because the SMC is so close and bright, it offers an opportunity to study phenomena that are difficult to examine in more distant galaxies.

New Chandra data of the SMC have provided one such discovery: the first detection of X-ray emission from young stars, with masses similar to our Sun, outside our Milky Way galaxy. The new Chandra observations of these low-mass stars were made of the region known as the "Wing" of the SMC. In this composite image of the Wing, the Chandra data are shown in purple, optical data from the Hubble Space Telescope are shown in red, green, and blue, and infrared data from the Spitzer Space Telescope are shown in red.

Astronomers call all elements heavier than hydrogen and helium — that is, with more than two protons in the atom's nucleus — "metals." The Wing is a region known to have fewer metals compared to most areas within the Milky Way. There are also relatively lower amounts of gas, dust, and stars in the Wing compared to the Milky Way.

Taken together, these properties make the Wing an excellent location to study the life cycle of stars and the gas lying in between them. Not only are these conditions typical for dwarf irregular galaxies like the SMC, they also mimic ones that would have existed in the early universe.

Most star formation near the tip of the Wing is occurring in a small region known as NGC 602, which contains a collection of at least three star clusters. one of them, NGC 602a, is similar in age, mass, and size to the famous Orion Nebula Cluster. Researchers have studied NGC 602a to see if young stars — that is, those only a few million years old — have different properties when they have low levels of metals, like the ones found in NGC 602a.

Using Chandra, astronomers saw extended X-ray emission, from the two most densely populated regions in NGC 602a. The extended X-ray cloud likely comes from the population of young, low-mass stars in the cluster, which have previously been picked out by infrared and optical surveys using Spitzer and Hubble, respectively. This emission is not likely to be hot gas blown away by massive stars, because the low metal content of stars in NGC 602a implies that these stars should have weak winds. The failure to detect X-ray emission from the most massive star in NGC 602a supports this conclusion, because X-ray emission is an indicator of the strength of winds from massive stars. No individual low-mass stars are detected, but the overlapping emission from several thousand stars is bright enough to be observed.

The Chandra results imply that the young, metal-poor stars in NGC 602 produce X-rays in a matter similar to stars with much higher metal content found in the Orion cluster in our galaxy. The authors speculate that if the X-ray properties of young stars are similar in different environments, then other related properties — including the formation and evolution of disks where planets form — are also likely to be similar.

X-ray emission traces the magnetic activity of young stars and is related to how efficiently their magnetic dynamo operates. Magnetic dynamos generate magnetic fields in stars through a process involving the star's rotation speed and convection, the rising and falling of hot gas in the star's interior.

The combined X-ray, optical, and infrared data also revealed, for the first time outside our galaxy, objects representative of an even younger stage of evolution of a star. These so-called "young stellar objects" have ages of a few thousand years and are still embedded in the pillar of dust and gas from which stars form, as in the famous "Pillars of Creation" of the Eagle Nebula.

A paper describing these results was published online and in the March 1, 2013, issue of The Astrophysical Journal. The first author is Lidia Oskinova from the University of Potsdam in Germany.

Object Names: NGC 602, N90

Image Type: Astronomical

Credit: NASA, ESA, CXC and the University of Potsdam, JPL-Caltech, and STScI