우주공간을 가로지르며 흐르고 있는 수소의 강물

 

Credit: D.J. Pisano (WVU); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); Palomar Observatory - Space Telescope Science Institute 2nd Digital Sky Survey (Caltech); Westerbork Synthesis Radio Telescope

 

사진1> 이 사진에는 멀리 떨어져 있는 3개의 구조물이 담겨있다.
밝은 별들이 가득 들어차 있는 NGC 6946의 중심부는 가시광선으로 촬영된 것이며(파란색), 이 은하의 나선팔을 따라 나오고 있는 고밀도 수소 가스와 헤일로는 오렌지 색으로, 그리고 NGC 6946과 동반은하들에 흡수되고 있는 극도로 희미한 수소의 확장 대역은 빨간색으로 표시되어 있다.

이번에 새로 획득된 GBT데이터는 거대한 은하와 그보다 작은 동반은하를 연결하고 있는, 희미하게 빛나는 수소의 다리를 알려주고 있다.
이 희미한 구조는 은하간 매질로부터 은하로 유입되거나 과거 은하간의 충돌로부터 발생했을 수소의 강물이라는 천문학자들의 예측과 딱 들어맞는 구조이다.

 

우주공간을 가로지르며 흐르고 있는 수소의 강물

웨스트 버지니아 대학의 천문학자 D.J. 피사노(D.J. Pisan)가 국립과학재단의 로버트 C. 버드(Robert C. Byrd) 그린뱅크망원경(이하 GBT)을 이용하여 이 망원경이 아니라면 결코 볼 수 없었을, 우주를 흐르고 있는 수소의 강물을 발견하였다.

 

매우 희미하고 가느다란 가스 필라멘트는 근처에 위치한 NGC 6946으로 흘러들고 있었는데, 이는 특정 나선은하들이 지속적으로 별들을 생성하는 기재를 설명해 줄 수 있을 것으로 보인다.

 

피사노의 설명은 다음과 같다.
"우리는 별들의 생성에 사용되는 연료들이 어딘가로부터 공급될 것이라는 것은 알고 있었습니다만, 지금까지는 수많은 은하들에서 관측한 현상을  설명하는데 반드시 필요한 것으로 추측되는 양의 10퍼센트 정도만이 관측되었을 뿐이랍니다.
차가운 물질의 흐름으로 알려져 있는 수소의 강물에 대한 선구적인 이론은 이 흐름이 우주공간에서 수소를 나르는 역할을 하며, 은밀하게 별의 형성에 필요한 연료를 제공할 것이라고 추측하고 있었죠. 

이 수소의 흐름은 너무나 희미해서 지금까지 일체 관측되지 않았던 것입니다."
 
우리 은하와 같은 나선은하들은 일반적으로 평온한 상태를 유지하긴 하지만 지속적으로 별들을 만들고 있기도 하다.
케페우스 자리와 백조자리의 경계부근에 위치하며 지구로부터 2천 2백만 광년 거리에 있는 NGC 6946과 같은 다른 은하들은 강렬한 별 생성 양상을 보이는 폭발적 별 생성 은하들보다는 덜 하지만 비교적 활동적인 모습을 띠고 있다.

이러한 현상은 이와 같은 은하 또는 이와 유사한 나선은하에서 항구적으로 별을 만들어내는 연료가 무엇인지에 대한 의문을 만들어낸다.

 

네델란드의 웨스터보크 통합 라디오파 망원경(the Westerbork Synthesis Radio Telescope, 이하 WSRT)을 이용하여 NGC 6946주변을 관측한 초기 연구는 확장되어 있는 수소의 헤일로를 발견한 바 있다.

(이 구조는 나선은하에서 일반적으로 발견되는 구조이다. 이는 아마도 은하 원반내의 강렬한 별 생성이나 초신성 폭발에 의해 분출된 수소로 만들어지는 것으로 추측된다.)

 

그러나 수소로 이루어진 것으로 보이는 차가운 일련의 흐름은 완전히 다른 원천으로부터 발생하는 것이다.
은하간 우주공간의 가스는 은하 내의 별 생성이나 초신성 폭발 과정에 의해 일체 극강의 온도로 데워진 적이 없는 가스이다.

 

피사노는 GBT를 이용하여 NGC 6946과 연결된 중성 수소 가스로부터 방출되는 빛을 탐지해낼 수 있었다.
이 신호는 다른 망원경들의 탐지범위 아래에 위치하고 있었다.
거대한 원반과 개방된 영사기를 보유하고 국립 라디오파 보호지역에 위치하고 있는 GBT의 독보적인 능력이 이 희미한 라디오파를 탐지해낼 수 있었던 것이다.

 

천문학자들은 오랫동안 규모가 큰 은하들이 자신보다 질량이 덜 나가는 동반 천체로부터 차가운 소수 가스를 빨아들이며 지속적인 연료유입을 유지할 수 있을것이라는 모델을 이론화해왔다.

 

NGC 6946에서 GBT는 바로 이런 경우에 해당하는 필라멘트 구조를 탐지해낸 것이며, 비록 이번에 관측된 현상이 다른 방향으로 설명될 수 있을지 몰라도 이것이 차가운 가스의 흐름으로 모습을 드러낸 것일 것이다.

 

이것은 또한 과거에 이 은하가 다른 은하와의 조우를 겪거나 다른 이웃 천체들이 이 은하를 통과하면서 중성수소원자가 남겨졌을 가능성도 있다.
그러나 만약 그런 과정을 거친 것이라면 그 규모는 훨씬 작은 규모이지만 필라멘트 상에 별들이 남아 있어 진작 관측이 가능했을 것이다.

 

향후의 연구는 이번에 관측된 현상을 확정하는데 방향을 맞추어 진행될 것이고, 이 차가운 수소의 강물이 은하의 진화에서 특정 역할을 수행한다는 점을 밝혀줄 수 있게 될 것이다.
이번 연구 결과는 Astronomical Journal에 개제되었다.

 

100미터 직경의 GBT는 국립전파천문대에서 운용되고 있으며, 원치않는 라디오 전파간섭으로부터 극도로 민감한 망원경을 보호하기 위해 설치된 국립 라디오파 보호 지역인 서부 버지니아 라디오 천문학 지대에 위치하고 있다.

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2014년 1월 27일자
          https://public.nrao.edu/news/pressreleases/gbt-sees-river-of-hydrogen

 

참고 : NGC 6946을 비롯한 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
       - 은하 일반 :  https://big-crunch.tistory.com/12346976
       - 은하단 및 은하군 :  https://big-crunch.tistory.com/12346978
       - 은하 충돌 :  https://big-crunch.tistory.com/12346977

 

 

원문>

 

 

January 27, 2014; 3 p.m. EST

River of Hydrogen Flowing through Space Seen with Green Bank Telescope

Using the National Science Foundation’s Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT), astronomer D.J. Pisano from West Virginia University has discovered what could be a never-before-seen river of hydrogen flowing through space. This very faint, very tenuous filament of gas is streaming into the nearby galaxy NGC 6946 and may help explain how certain spiral galaxies keep up their steady pace of star formation.

“We knew that the fuel for star formation had to come from somewhere. So far, however, we’ve detected only about 10 percent of what would be necessary to explain what we observe in many galaxies,” said Pisano. “A leading theory is that rivers of hydrogen – known as cold flows – may be ferrying hydrogen through intergalactic space, clandestinely fueling star formation. But this tenuous hydrogen has been simply too diffuse to detect, until now.”

Spiral galaxies, like our own Milky Way, typically maintain a rather tranquil but steady pace of star formation. Others, like NGC 6946, which is located approximately 22 million light-years from Earth on the border of the constellations Cepheus and Cygnus, are much more active, though less-so than more extreme starburst galaxies. This raises the question of what is fueling the sustained star formation in this and similar spiral galaxies.

Earlier studies of the galactic neighborhood around NGC 6946 with the Westerbork Synthesis Radio Telescope (WSRT) in the Netherlands have revealed an extended halo of hydrogen (a feature commonly seen in spiral galaxies, which may be formed by hydrogen ejected from the disk of the galaxy by intense star formation and supernova explosions). A cold flow, however, would be hydrogen from a completely different source: gas from intergalactic space that has never been heated to extreme temperatures by a galaxy’s star birth or supernova processes.

Using the GBT, Pisano was able to detect the glow emitted by neutral hydrogen gas connecting NGC 6946 with its cosmic neighbors. This signal was simply below the detection threshold of other telescopes. The GBT’s unique capabilities, including its immense single dish, unblocked aperture, and location in the National Radio Quiet Zone, enabled it to detect this tenuous radio light.

Astronomers have long theorized that larger galaxies could receive a constant influx of cold hydrogen by syphoning it off other less-massive companions.

In looking at NGC 6946, the GBT detected just the sort of filamentary structure that would be present in a cold flow, though there is another probable explanation for what has been observed. It’s also possible that sometime in the past this galaxy had a close encounter and passed by its neighbors, leaving a ribbon of neutral atomic hydrogen in its wake.

If that were the case, however, there should be a small but observable population of stars in the filaments. Further studies will help to confirm the nature of this observation and could shine light on the possible role that cold flows play in the evolution of galaxies.

These results are published in the Astronomical Journal.

The 100-meter GBT is operated by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO) and located in the National Radio Quiet Zone and the West Virginia Radio Astronomy Zone, which protect the incredibly sensitive telescope from unwanted radio interference.

Contact:
Charles E. Blue, Public Information Officer
434-296-0314
cblue@nrao.edu

 

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.