마젤란흐름(the Magellanic Stream)의 생성원천을 규명하다.

 

 

사진1>
이 조합 사진은 마젤란흐름(Magellanic Stream)이라 불리는 기다란 가스리본을 촬영한 광대역 사진과 확대사진이다.
마젤란흐름은 우리 은하 주위에, 거의 우리 은하 길이의 반정도에 육박하는 길이로 펼쳐져 있다.
상단 사진은 라디오파와 가시광선 관측 데이터를 합친 것으로 마젤란흐름이 분홍색으로 나타나 있다.
LAB(the Leiden-Argentine-Bonn) 탐사를 통해 취득된 라디오파 관측 자료가 가시광선으로 촬영된 온하늘파노라마사진에 합성되어 있다.
우리 은하는 사진 중앙에 푸른색 밸트로 보이고 있다.
갈색의 뭉치들은 우리 은하에 존재하는 성간 먼지 구름들이다.
두 개의 마젤란은하들은 모두 우리 은하의 위성은하이며 하단 마젤란흐름 내에 하얀색으로 보이는 지역들이다. 
아래 사진은 라디오파로 촬영된 마젤란흐름의 확대사진으로 이 역시 LAB 탐사에 의해 만들어진 것이다.
연구원들은 허블의 우주기원 분광측정기(the Cosmic Origins Spectrograph, 이하 COS)를 활용하여 마젤란흐름을 따라 ("X"로 표시되어 있는) 6개 지역에서 산소나 황과 같은 무거운 원소들의 양을 측정하여 가스다발의 화학조성을 확인하였다. 
COS는 마젤란흐름을 통과해오는 멀리 떨어진 퀘이사의 복사를 관측하였으며 이 원소들이 자외선의 흡수를 통해 남기는 분광흔적을 감지하였다.
퀘이사란 활성 은하에서 나타나는 대단히 밝은 핵을 말한다.
천문학자들은 이를 통해 마젤란흐름의 대부분 지역에서 산소와 황의 양이 그다지 많지 않음을 알아냈다.
이는 약 20억년 전의 소마젤란은하의 조성과 딱 들어맞는 결과였으며 이로인해 마젤란흐름은 20억년 전에 소마젤란은하으로부터 흘러나온 가스에 의해 형성된 것으로 생각되고 있다.
소마젤란은하가 은하의 헤일로를 통과하며 갈아엎어지면서 이른바 'Ram Pressure Stripping(빠른 속도에서 발생한 기체압력에 의해 주변 또는 구성 물질이 이탈하는 현상)'이라 불리는 과정을 통해 이 가스들이 뜯겨져 나온 것으로 보인다.
이번 관측은 마젤란흐름 상에 잃어버린 가스의 주요 원인이 소마젤란은하 때문임을 밝혀내었다.
그러나 연구팀은 마젤란은하와 가까운 지역의 마젤란흐름에서는 황이 많이 존재하고 있다는 것 역시 밝혀냈다.
이러한 측정치는 현재 대마젤란은하에 존재하는 무거운 원소의 양과 대응되는 것이었다.
이러한 관측 결과는 대마젤란은하 역시 마젤란흐름을 구성하는 물질들을 제공하는데 일조했음을 알려주는 증거이다.
우측에 분홍색 원으로 표시되어 있는 곳이 소마젤란은하와 대마젤란은하이다.

 

The full news release story:

 

   천문학자들이 허블우주망원경을 이용하여  마젤란흐름의 원천에 대한 40여년간의 미스테리를 풀어냈다.
마젤란흐름이란 우리 은하 주위에 있는 우리 은하 길이의 거의 반에 달하는 길이로 뻗어있는 기다란 가스다발이다.

대마젤란은하와 소마젤란은하는 우리 은하 주위를 돌고 있는 왜소은하로서 이 은하들은 마젤란흐름의 머리 부분에 존재하고 있다.

1970년대 초반 라디오전파 망원경으로 마젤란흐름이 발견된 이후 천문학자들은 이 가스들이 두 개의 위성 은하 모두로부터 나온 것인지,

아니면 그 중 하나로부터 흘러나온 것인지에 대한 궁금증을 갖고 있었다.

 

이번에 새로운 허블 관측을 통해 이 가스의 대부분이 20억년 전 소마젤란은하로부터 흘러나왔으며 두 번째 지역에 존재하는 마젤란흐름은 최근 대마젤란은하로부터 흘러나왔다는 것을 알아냈다.

우주망원경 과학연구소와 유럽우주국 소속으로 앤드류 J. 폭스(Andrew J. Fox)가 이끌고 있는 연구팀은 허블의 COS를 이용하여 이 가스다발의 원천을 결정하였으며 마젤란흐름의 여섯 군데를 대상으로 산소나 황과 같은 무거운 원소의 양을 측정하였다.

COS는 마젤란흐름을 통과하여 오는 멀리 떨어진 퀘이사의 복사를 관측하였고, 무거운 원소들이 자외선을 흡수하는 것을 통해 이들 원소들을 탐지해냈다. 
퀘이사란 활성 은하에서 나타나는 대단히 밝은 핵을 말한다.

폭스의 연구팀은 대부분의 마젤란흐름에서 산소와 황이 그다지 많지는 않다는 것을 알아냈는데, 이는 20억년전 소마젤란은하의 원소비율과 일치하는 것으로 가스다발은 그 당시에 형성되었을 것으로 생각되고 있다.

또한번 우리를 놀라게 하는 것은 연구팀이 훨씬 많은 양의 황을 마젤란은하의 근처에서 발견했다는 것이다.

 

폭스의 의견은 다음과 같다.
"우리는 마젤란흐름에서 마젤란은하에 가까이 다가갈수록 일관성있게 증가하는 중원소들을 찾아냈습니다.
마젤란흐름에서 마젤란은하와 가까운 지역의 원소 구성은 대마젤란은하의 원소구성과 유사한 양상을 보였으며 이는 최근 마젤란흐름이 대마젤란은하로부터 흘러나오고 있다는 것을 알려주고 있는 것입니다."

 

 

사진2>
이 광대역 사진은 N11 로 분류된 새로운 별 생성지역을 포함한 대마젤란은하의 일부를 촬영한 것이다. 
이 사진은 빨강색과 파랑색 필터를 통해 촬영되었으며 사진의 너비는 하늘의 3도 영역에 해당한다.
(사진 출처 : ESA Hubble - http://www.spacetelescope.org/images/heic1011c/)

 

이번 발견은 폭스의 연구팀이 기대하지 않은 결과이다. 왜냐하면 마젤란흐름에 대한 컴퓨터 모델은 마젤란흐름이 보다 무거운 은하인 대마젤란은하가 아닌 훨씬 작은 중력을 가진 소마젤란은하로부터만 흘러나왔을 것으로 예측되었기 때문이다.

폭스의 이어지는 설명은 다음과 같다.
"이러한 측정은 오직 허블 우주망원경으로만 가능하답니다.
자외선 대역에서 이와같은 원소의 구성비를 측정하기 위해서 필요한 흡수선을 관측하기 위해서는 반드시 우주로 나가야 합니다.

지구대기에서 자외선이 흡수되기 때문이죠."

 

천문학자들 간에는 두개의 마젤란은하가 우리 은하와 한 번 충돌을 이미 거친 것인지 아니면 충돌을 향해 움직이는 것인지에 대한 논쟁이 계속되어 왔다.

 

폭스의 설명은 다음과 같다.
"여기서 흥미로운 것은 우리 은하 주위에 존재하는 다른 위성은하들은 모두 이미 가스가 고갈되었다는 점입니다.
마젤란은하는 훨씬 무거운 질량을 가지고 있기 때문에 자신의 가스를 지속적으로 보유할 수 있었고, 계속 새로운 별들을 만들어내고 있습니다.
그러나 두 개 은하 모두 우리 은하로 접근하고 있기 때문에, 중력은 점점 더 강하게 느껴질 것이고 고온의 가스헤일로들이 충돌을 지속하면서 지속적인 압력을 받게 될 것입니다.

이러한 과정에서 마젤란은하 간에 작용하는 중력작용으로 마젤란흐름이 발생하게 되었습니다.
마젤란은하들이 우리 은하와 가까와지면 우리는 마젤란은하으로부터 흘러나오는 물질들을 보게 될 것입니다."
 
궁극적으로 이 가스의 흐름은 우리 은하의 원반으로 떨어지게 될 것이며 이로부터 새로운 별의 탄생을 위한 연료가 공급될 것으로 보인다.

새로운 가스의 유입은 우리 은하에서 별의 탄생을 촉발시키는 일련의 프로세스 중 하나이다.
천문학자들은 어떻게 은하에서 새로운 별들이 형성되는지를 보다 확실히 이해하기 위해서, 종잡을 수 없는 가스의 기원에 대해 알기를 원한다.

 

폭스의 설명은 다음과 같다.
"우리는 우리 은하와 같은 은하들이 보다 작은 은하들과의 충돌이 발생할 때 어떻게 가스를 벗겨내는지, 그리고 어떻게 이 가스들을 새로운 별들의 생성에 사용하는지를 알고 싶습니다. 

이러한 현상은 가스들이 지속적으로 천천히 유입되는 것과 같은 그저 순조로운 상태로 진행되는 것은 아닙니다.
오히려 때때로 거대한 가스 뭉치들이 추락하는 현상으로 나타나죠.

두 개의 마젤란은하가 다가오고 있는 이곳에서 우리는 이를 테스트해볼 방법을 가지고 있죠.

우리는 이 두 개 은하가 만들어내는 가스들을 보고 있으며 이 가스들은 결국 우리 은하로 떨어져내리게 될 것입니다."
 
연구팀의 연구결과는 두 개의 논문으로 작성되었으며 8월 1일 The Astrophysical Journal에 개재되었다.
폭스는 그 중 한 논문의 수석 저자이며 다른 논문은 독일 포츠담 대학의 필립 리처(Philipp Richter)가 수석 저자이다.

 

 

사진 3> 소마젤란은하의 사진으로서 DSS2의 일환으로 촬영된 것이다. 이 사진의 폭은 3.5도를 약간 넘어선다. 
(사진 출처 : ESA Hubble - http://www.spacetelescope.org/images/heic0603d/)

 
* 출처 : 허블사이트 2013년 8월 8일 발표 뉴스
             http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2013/27/

 

참고 : 대마젤란 은하와 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>

 

사진1>

Image: The Magellanic Stream

ABOUT THIS IMAGE:

These companion images show wide and close-up views of a long ribbon of gas called the Magellanic Stream, which stretches nearly halfway around our Milky Way galaxy.

In the combined radio and visible-light image at top, the gaseous stream is shown in pink. The radio observations, taken from the Leiden-Argentine-Bonn (LAB) Survey, have been combined with visible-light views from the Mellinger All-Sky Panorama. The Milky Way is the light blue band in the center of the image. The brown clumps are interstellar dust clouds in our galaxy. The Magellanic Clouds, satellite galaxies of the Milky Way, are the white regions at bottom right.

The image at bottom, taken at radio wavelengths, is a close-up map of the Magellanic Stream that also was generated from the LAB Survey. Researchers determined the chemistry of the gas filament by using Hubble's Cosmic Origins Spectrograph (COS) to measure the amount of heavy elements, such as oxygen and sulfur, at six locations (marked with an "x") along the Magellanic Stream. COS observed faraway quasars whose emitted light passes through the stream and detected the spectral fingerprints of these elements from the way they absorb ultraviolet light. Quasars are the brilliant cores of active galaxies.

The astronomers found a low amount of oxygen and sulfur along most of the stream. This matches the levels in the Small Magellanic Cloud (SMC) about 2 billion years ago, when the gaseous ribbon was thought to have been formed. As the SMC plows though the galactic halo, its gas is torn out via processes called ram-pressure and tidal stripping. The observation identifies the SMC as the primary source of lost gas in the stream.

The team, however, also discovered a much higher level of sulfur in a region closer to the Magellanic Clouds. This measurement corresponds to the current amount of heavier elements in the Large Magellanic Cloud (LMC). The observations offer evidence that the LMC also has contributed material to the stream. The pink circles at right mark the location of the Small and Large Magellanic Clouds.

Object Name: Milky Way Magellanic Stream

Image Type: Astronomical/Data/Annotated

 

Credit for the radio/visible-light image: David L. Nidever et al., NRAO/AUI/NSF and A. Mellinger, LAB Survey, Parkes Observatory, Westerbork Observatory, and Arecibo Observatory

Credit for the radio image: LAB Survey

 

The full news release story:

Astronomers using NASA's Hubble Space Telescope have solved a 40-year mystery on the origin of the Magellanic Stream, a long ribbon of gas stretching nearly halfway around our Milky Way galaxy.

The Large and Small Magellanic Clouds, two dwarf galaxies orbiting the Milky Way, are at the head of the gaseous stream. Since the stream's discovery by radio telescopes in the early 1970s, astronomers have wondered whether the gas comes from one or both of the satellite galaxies. Now, new Hubble observations reveal that most of the gas was stripped from the Small Magellanic Cloud about 2 billion years ago, and a second region of the stream originated more recently from the Large Magellanic Cloud.

A team of astronomers, led by Andrew J. Fox of the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Md., and the European Space Agency, determined the source of the gas filament by using Hubble's Cosmic Origins Spectrograph (COS) to measure the amount of heavy elements, such as oxygen and sulfur, at six locations along the Magellanic Stream. COS observed faraway quasars whose emitted light passes through the stream and detected these elements from the way they absorb ultraviolet light. Quasars are the brilliant cores of active galaxies.

Fox's team found a low amount of oxygen and sulfur along most of the stream, matching the levels in the Small Magellanic Cloud about 2 billion years ago, when the gaseous ribbon was thought to have been formed.

In a surprising twist, the team discovered a much higher level of sulfur in a region closer to the Magellanic Clouds. "We're finding a consistent amount of heavy elements in the stream until we get very close to the Magellanic Clouds, and then the heavy element levels go up," said Fox. "This inner region is very similar in composition to the Large Magellanic Cloud, suggesting it was ripped out of that galaxy more recently."

This discovery was a wrinkle Fox's team didn't expect, because computer models of the stream predicted that the gas came entirely out of the Small Magellanic Cloud, which has less gravity than its more massive cousin.

only Hubble can measure these abundances," Fox explained. "You have to go to space because the absorption lines we need to measure these abundances are all in the ultraviolet, and Earth's atmosphere absorbs ultraviolet light."

Astronomers have debated whether the two Magellanic Clouds are on their first pass near our Milky Way or are bound to it.

"What's interesting is that all the other nearby satellite galaxies of the Milky Way have lost their gas," Fox said. "The Magellanic Clouds have been able to retain their gas and are still forming stars because they're more massive than the other satellites. However, as they're now approaching the Milky Way, they're feeling its gravity more and also encountering its halo of hot gas, which puts pressure on them. That process, together with the gravitational tug-of-war between the Magellanic Clouds, leads to the production of the stream. You're seeing material stripped out of the Clouds as they come in toward the Milky Way."

Ultimately, the gaseous stream may rain down onto the Milky Way's disk, fueling the birth of new stars. This infusion of fresh gas is part of one process that triggers star formation in a galaxy. Astronomers want to know the origin of that wayward gas in order to more fully understand how galaxies make new stars.

"We want to understand how galaxies like the Milky Way strip the gas from small galaxies that fall into them and use that to form new stars," Fox explained. "This seems like it's an episodic process. It's not a smooth process where a slow stream of gas comes in continuously. Instead, once in a while a large gas cloud falls in. We've got a way of testing that here, where two galaxies are coming in. We have shown which of them is producing the gas that ultimately will fall into the Milky Way."

The team reported its results in two papers that appeared in the Aug. 1 issue of The Astrophysical Journal. Fox is the lead author of one paper; the other paper's lead author is Philipp Richter of the University of Potsdam in Germany.

CONTACT

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

Andrew Fox
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-5083
afox@stsci.edu

 

사진2>

Overview of the Large Magellanic Cloud (ground-based image)

This wide field view of part of the Large Magellanic Cloud includes the location of the N11 star formation region. This image was created from digitised photographs through red and blue filters. The field of view is about three degrees across.

 

Credit:

 

ESO/Digitized Sky Survey 2. Acknowledgment: Davide De Martin

 

사진3>

Small Magellanic Cloud (ground-based image)

The two-colour image shows an overview of the full Small Magellanic Cloud (SMC) and was composed from two images from the Digitized Sky Survey 2. The field of view is slightly larger than 3.5›.

 

Credit:

 

ESA/Hubble and Digitized Sky Survey 2. Acknowledgements: Davide De Martin