새로 탄생한 별은 은하의 성장을 방해한다.

 

그림 1> 이 삽화는 새로운 별들을 탄생시키는 폭발이 지속되고 있는 혼란가득한 은하의 모습을 묘사하고 있다.

            새로운 별의 탄생은 아주 강력한 사건이다.

            이러한 사건은 자신의 은하에 영향을 미치는 것으로 알려져 있었지만 이번 연구에 의하면 그 영향의 폭은 이전에 생각된 것보다

            훨씬 큰 폭으로 미치고 있었다.

            새로 탄생한 별들로부터 쏟아져나오는 폭풍은 은하의 외부로 흘러나오면서 은하 중심으로부터 65만 광년에 이르는 거리의 가스까지

            이온화시키고 있었다.

 

 

Entire galaxies feel the heat from newborn stars

Bursts of star birth can curtail future galaxy growth

천문학자들이 NASA/ESA의 허블우주망원경을 사용하여 자신의 은하 경계 바깥에까지 중요한 영향을 끼치고 있는

새로운 별들을 생성시키는 폭발을 처음으로 발견하였다.

이 강력한 영향은 우리 눈에 보이는 은하의 규모보다 20배 이상 큰 거리까지 뻗어있으며
은하가 어떻게 진화하는지, 그리고 물질과 에너지가 우주 전역에 어떻게 분포되어있는지를 결정하는 우주가스에 영향을 미치고 있었다. 

은하에서 새로운 별들이 탄생될 때, 이들은 종종 별폭발로 알려진 강력한 사건을 통해 별들을 탄생시킨다.

이러한 사건은 초기 우주에서는 자주 발생하는 사건이었으나 우리 근처 은하에서는 이젠 드물게 발생하는 사건이다.

이와 같은 폭발이 발생하게 되면 수백만개의 별들이 탄생하게 되며 이와 연관된 결과로 강력한 폭풍이 은하바깥에까지 미치게 된다.

이 폭풍은 자신의 은하 자체에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있었지만,

이번 새로운 연구에서는 이전에 추측되어온 것보다 훨씬 강력한 영향을 미친다는 것이 발견된 것이다.

 

국제연구팀은 별폭발이 지속되는 것으로 알려진 20여개에 달하는 은하들을 관측하였다.

연구팀은 별의 생성 과정에 수반되는 이 강력한 폭풍이, 눈에 보이는 은하크기보다 거의 20배를 넘어서는,

65만 광년 거리의 가스까지 이온화시킬 수 있음을 발견하였다.

이번 발견은 자신의 은하 주변에 널려 있는 가스 덩어리에 영향을 미치는 국부 별폭발의 증거를 직접적으로 발견한 최초의 사례이며
이는 은하가 어떻게 진화를 계속하며, 새로운 별들을 탄생시키는지에 대해 중요한 영향을 미친다.

 

이번 연구팀의 일원인 세인트 앤드류 대학의 비비엔 와일드(Vivienne Wild)가 전하는 소감은 다음과 같다.
"은하 주위에 퍼져 나가는 물질은 너무나도 희미해서 연구하기가 어려운 대상입니다.
 하지만 이것은 매우 중요한 연구대상입니다.
 은하를 휘감고 있는 차가운 가스들은 은하가 어떻게 자라고, 어떻게 질량과 에너지를 획득해가고

 결국 어떻게 죽어가는지에 대해 알 수 있는 살아있는 단서가 되죠.

 우리는 은하의 진화에 대해 탐험하는 새로운 개척자가 되는 셈입니다."

 

연구팀은 허블우주망원경에 장착되어 있는 COS(the Cosmic Origins Spectrograph)를 사용하여 별폭발과 은하의 빛이 섞여 있는 샘플의 빛을

분석하는 작업을 하고 있다.

 

연구팀은 이들, 희미한 빛 덩어리들을 훨씬 멀리 떨어진 천체들,

예를 들어 블랙홀에 의해 에너지를 공급받아 강력할 빛을 뿜어내는 퀘이사 같은 천체들을 활용하여 탐색할 수 있었다.

모종의 은하 뒷편을 통과하는 퀘이사의 빛을 분석하면서, 연구팀은 또한 그 은하 자체에 대해서도 탐색할 수 있었던 것이다.

 

 

동영상1> 이 애니메이션은 어떻게 멀리 떨어진 은하를 둘러싼 가스를 탐색해내는지에 대해 보여주고 있다.

              천문학자들은 허블우주망원경에 장착된 COS를 통해 훨씬 멀리 떨어진 퀘이사를 이용하여 은하를 감싸고 있는 희미한 가스를 탐지해낸다.

              퀘이사의 빛이 은하의 헤일로를 통과하기 때문에 가스의 특정 진폭이 흡수되고 이는 이 은하를 둘러싼 지역을  연구할 수 있는 단서가 되는 것이다.

 

이번 논문의 수석 저자인 존스홉킨스 대학의 Sanchayeeta Borthakur의 소감은 다음과 같다.
"허블 우주망원경만이 이번과 같은 연구에서 필요한 관측을 수행할 수 있답니다.
 우리는 고온의 가스를 탐색하기 위해선 우주에 위치한 망원경이 필요하죠.

 그리고 은하로부터 팽창하고 있는 가스 덩어리를 측정할 수 있는 장비는 허블 우주망원경에 장착된 COS뿐이에요."

 

연구에서 샘플로 선정된 은하들중 별폭발이 계속되고 있는 은하들은 그들의 헤일로 속에 상당량의 이온화 가스를 품고 있었으나
별폭발이 존재하지 않는 은하에서는 이온화가스가 발견되지 않았다.

연구팀은 이러한 이온화가 새로 형성된 별들을 따라 발생하는 고에너지 폭풍에 의해 발생한다는 것을 확인하였다.

이는 이러한 은하들이 별폭발을 지속시키는 은하가 될거라는 귀결에 도달한다.

 

은하는 자신을 둘러싸고 있는 가스에 의해 성장하고 이 가스들을 별로 전환시킨다.

별로부터 발생한 폭풍이 은하를 감싸고 있는 미래의 연료 저장고에 해당하는 가스들을 이온화시키기 때문에 
차가운 가스의 유용성이 떨어지면서 미래 새대 별의 탄생을 통제하게 된다.

연구팀의 일원인 존스홉킨스 대학의 티모시 헤크만(Timothy Heckman)의 설명은 다음과 같다.
"별폭발은 매우 중요한 현상입니다. - 이러한 현상은 개별 우주의 진화양상을 좌우할 뿐만 아니라 우주 전체의 물질과 에너지 순환에 영향을 미치기도 합니다.
 은하를 둘러싸고 있는 가스 덩이들은 은하와 바깥 우주사이를 중개하는 역할을 합니다.
 바로 이것이 우리가 이제 막 탐색하기 시작하게 된 대상이 되는 샘이죠."

 

팀의 연구 논문은 2013년 5월 1일 The Astrophysical Journal 에 개재될 예정이다.

 

출처 : The European Homepage for The NASA/ESA Hubble Space Telescope  Picture of The Week
http://www.spacetelescope.org/news/heic1308/

 

원문>

Entire galaxies feel the heat from newborn stars

Bursts of star birth can curtail future galaxy growth

25 April 2013

Astronomers using the NASA/ESA Hubble Space Telescope have shown for the first time that bursts of star formation have a major impact far beyond the boundaries of their host galaxy. These energetic events can affect galactic gas at distances of up to twenty times greater than the visible size of the galaxy — altering how the galaxy evolves, and how matter and energy is spread throughout the Universe.

When galaxies form new stars, they sometimes do so in frantic episodes of activity known as starbursts. These events were commonplace in the early Universe, but are rarer in nearby galaxies.

During these bursts, hundreds of millions of stars are born, and their combined effect can drive a powerful wind that travels out of the galaxy. These winds were known to affect their host galaxy — but this new research now shows that they have a significantly greater effect than previously thought.

An international team of astronomers observed 20 nearby galaxies, some of which were known to be undergoing a starburst. They found that the winds accompanying these star formation processes were capable of ionising [1] gas up to 650 000 light-years from the galactic centre — around twenty times further out than the visible size of the galaxy. This is the first direct observational evidence of local starbursts impacting the bulk of the gas around their host galaxy, and has important consequences for how that galaxy continues to evolve and form stars.

“The extended material around galaxies is hard to study, as it’s so faint,” says team member Vivienne Wild of the University of St. Andrews. “But it’s important — these envelopes of cool gas hold vital clues about how galaxies grow, process mass and energy, and finally die. We’re exploring a new frontier in galaxy evolution!”

The team used the Cosmic Origins Spectrograph (COS) instrument [2] on the NASA/ESA Hubble Space Telescope to analyse light from a mixed sample of starburst and control galaxies. They were able to probe these faint envelopes by exploiting even more distant objects — quasars, the intensely luminous centres of distant galaxies powered by huge black holes. By analysing the light from these quasars after it passed through the foreground galaxies, the team could probe the galaxies themselves.

“Hubble is the only observatory that can carry out the observations necessary for a study like this,” says lead author Sanchayeeta Borthakur, of Johns Hopkins University. “We needed a space-based telescope to probe the hot gas, and the only instrument capable of measuring the extended envelopes of galaxies is COS.”

The starburst galaxies within the sample were seen to have large amounts of highly ionised gas in their halos — but the galaxies that were not undergoing a starburst did not. The team found that this ionisation was caused by the energetic winds created alongside newly forming stars.

This has consequences for the future of the galaxies hosting the starbursts. Galaxies grow by accreting gas from the space surrounding them, and converting this gas into stars. As these winds ionise the future fuel reservoir of gas in the galaxy’s envelope, the availability of cool gas falls — regulating any future star formation.

“Starbursts are important phenomena — they not only dictate the future evolution of a single galaxy, but also influence the cycle of matter and energy in the Universe as a whole,” says team member Timothy Heckman, of Johns Hopkins University. “The envelopes of galaxies are the interface between galaxies and the rest of the Universe — and we’re just beginning to fully explore the processes at work within them.”

The team's results will appear in the 1 May 2013 issue of The Astrophysical Journal.

Notes

[1] A gas is said to be ionised when its atoms have lost one or more electrons — in this case by energetic winds exciting galactic gas and knocking electrons out of the atoms within.

[2] Spectrographs are instruments that break light into its constituent colours and measure the intensity of each colour, revealing information about the object emitting the light — such as its chemical composition, temperature, density, or velocity.

More information

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.

The research is presented in a paper entitled “The Impact of Starbursts on the Circumgalactic Medium”, published in the 1 May 2013 issue of The Astrophysical Journal.

The international team of astronomers in this study consists of: S. Borthakur (Johns Hopkins University, USA), T. Heckman (Johns Hopkins University, USA), D. Strickland (Johns Hopkins University, USA), V. Wild (University of St. Andrews, UK), D. Schiminovich (Columbia University, USA).

Image credit: ESA, NASA, L. Calçada

Links

• Research paper
• Images of Hubble
• Hubble's Instruments: COS — Cosmic Origins Spectrograph

Contacts

Vivienne Wild
University of St Andrews
UK
Tel: +44 1334 461680
Email: vw8@st-andrews.ac.uk

Sanchayeeta Borthakur
Johns Hopkins University
Baltimore, Md., USA
Tel: +1 410 516 4737
Email: sanch@pha.jhu.edu

Nicky Guttridge
Hubble/ESA
Garching, Germany
Tel: +49-89-3200-6855
Email: nguttrid@partner.eso.org