두 개의 은하를 사이에 나선형으로 도열해 선 어린 별들.

 

Credit: NASA, ESA, and G. Tremblay (European Southern Observatory) Acknowledgment: M. Gladders and M. Florian (University of Chicago), S. Baum, C. O'Dea, K. Cooke (Rochester Institute of Technology), M. Bayliss (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), H. Dahle (University of Oslo), T. Davis (European Southern Observatory), J. Rigby (Goddard Space Flight Center), K. Sharon (University of Michigan), E. Soto (The Catholic University of America), and E. Wuyts (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)

 

사진1> 허블망원경이 촬영한 이 사진에는 충돌하는 두 개 은하의 중심을 와인따개처럼 휘감고 있는, 이전에는 전혀 볼 수 없었던 진주 목걸이 모양의 천체가 담겨 있다.

이 "진주들"은 갓 태어난 청백색의 별들로 불타오르는 초성단이다.
은하의 충돌을 담고 있는 이 전체 사진에는 중력렌즈에 의한 현상도 나타나고 있다.
이번 발견은 SDSS J1531+3414 은하단에 대해 천문학자들이 연구를 진행하는 동안 우연히 이루어졌다.
"끈처럼 도열해 선 구슬들"의 기저에 깔려있는 물리법칙은 자체 중력에 의해 가스들이 덩이짓는 양상을 기술하는 물리법칙과의 연관성이 있다.
이는 비가 떨어질때 선형의 연속체가 아닌 물방울로 구성되어 있는 것과 동일한 프로세스이다.
이러한 물리적 기재를 진즈 불안정성(Jeans instability)이라 하는데 바로 이 기재가 엄청난 규모의 스케일에서도 동일하게 작용하고 있는 것이다.

 

 

두 개의 은하를 사이에 나선형으로 도열해 선 어린 별들.

 

천문학자들은 은하단의 모든 복잡미묘하고 세세한 모습을 연구하기 위해 허블 우주망원경의 최신 자료를 정기적으로 활용한다.

당신은 지금까지 천문학자들이 거의 모든 은하단을 다 보았을 거라고 생각할지 모르겠지만 자연이라는 가게에는 항상 놀라운 새로운 것들이 존재한다.

 

최근에는 마치 진주목걸이가 와인따개 모양처럼 꼬인 불가사의한 형태의 10만광년에 달하는 구조물이 관측되었는데 이는 충돌이 진행중인 두 개은하의 핵 주위를 휘감고 있다.

천문학자들은 어떻게 이런 구조가 생겼으며 이 구조의 운명이 어떻게 될지를 알기위한 노력을 멈추지 않고 있는데 그 답은 일상적인 추측을 넘어설 것이라고 입을 모았다.

 

멋진 몸매를 가진 이 구조의 독특한 형태는 초성단의 형성이나 충돌을 통해 가속되는 은하의 성장, 그리고 두 개 거대 타원은하간의 충돌 과정에서 드물게 목격되는 가스의 동역학에 대한 새로운 통찰을 제공해 줄 수 있을지도 모른다.

 

독일 가르칭 ESO의 그란트 트렘블레이(Grant Tremblay)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이 곤혹스러운 형태를 보고 모두 놀랐었습니다.
이 구조의 수명은 대단히 짧음에 틀림없습니다.(아마도 그 수명은 1천만년 정도일 것이다. 이것은 은하간의 통합과정이 소요하는 시간에 비하면 한 조각에 지나지 않는다.)
우리는 나선은하의 나선팔에서 발견되곤 하는 '염주고리'라고 불리는 현상이나 상호작용이 진행중인 은하간의 중력조석 작용에 의해 발생하는 다리에 대해서는 오래전부터 알고 있었죠. 
그러나 이 독특한 초성단의 구조는 거대한 타원은하간의 통합과정에서 일체 발견되지 않았던 현상이랍니다.
우리는 목걸이를 두르고 중력상호작용에 의해 서로 밀고당기기를 계속하고 있는 두 개의 괴물을 보고 있는 것입니다. 
이 초성단의 형성이라는 맥락속에서 그리고 통합을 통해 성장이 가속되고 있는 별이라는 구성원의 맥락속에서 그 운명이 어떻게 될 것인지는 대단히 흥미로운 질문이 될 것입니다."

 

사진2> Credit: NASA, ESA, and G. Tremblay (European Southern Observatory)Acknowledgment: M. Gladders and M. Florian (University of Chicago), S. Baum, C. O'Dea, K. Cooke (Rochester Institute of Technology), M. Bayliss (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), H. Dahle (University of Oslo), T. Davis (European Southern Observatory), J. Rigby (Goddard Space Flight Center), K. Sharon (University of Michigan), E. Soto (The Catholic University of America), and E. Wuyts (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)

 

마치 진주 목걸이처럼, 이들 갓 태어난 푸른 별들로 구성된 "슈퍼 성단"들은 3천광년의 분절마디를 두고 우주공간에 도열하고 있다.

 

한쌍의 타원은하들은 SDSS J1531+3414라는 고밀도 은하단 내부에 파묻혀 있다.
이 은하단의 강력한 중력은 배경에 위치하고 있는 은하들의 상을 푸른색 빗금과 아치 형태로 구부리면서 마치 이들이 은하단 내부에 있는 것과 같은 환영을 만들어낸다.

 

천문학자들은 처음에는 이 "진주 목걸이"들이 실제로는 배경은하 중 하나가 중력렌즈 현상을 보이는 것으로 가정했지만, 노르딕 광학 망원경을 활용하여 최근에 이루어진 후속 연구는 이와 같은 가정을 배제하게 해 주었다.

 

이 은하단은 허블 우주망원경이 엄청난 질량으로 강력한 중력렌즈 현상을 만들어내는 23개 은하단을 관측하는 프로그램의 일환으로 관측된 은하단이다.

 

이 은하단이 처음으로 등재된 것은 슬로안 다지털 스카이 서베이(the Sloan Digital Sky Survey, SDSS)를 통해서이다.

 

트램블레이의 연구팀은 허블우주망원경이 촬영한 사진들을 검토하던 중 초성단으로 이루어진 독특한 형태의 줄 구조를 우연히 발견했다.

 

트램블레이의 소감은 다음과 같다.
"우리는 SDSS J1531+3414에서 우리가 목격한 것에 대해 모두 어안이 벙벙했답니다.
이 독특한 천체에 대한 후속 연구가 지상과 우주에 위치하고 있는 망원경들을 통해 곧바로 이어졌죠.
이것은 자연의 본질적 법칙이 규모와는 상관없이 적용된다는 심오한을 보여주는 아름다운 예라고 할 수 있습니다."
 
"줄처럼 도열하고 있는 구슬"의 형태가 나타나도록 하는 주된 물리적 기재는 자체 중력에 의해 가스들이 덩어리를 형성하는 양상을 기술하는 진즈 불안정성(Jeans instability)과 연관이 있다.
이것은 물이 줄지어 덜어질 때, 분절을 발생시키는 과정과 유사한데, 이는 떨어지는 빗물이 왜 연속적인 선으로 존재하지 않고 물방울로 존재하는지를 설명하고 있다.
부엌의 수도꼭지에서 흘러나오는 물은 궁극적으로는 일련의 물방울들로 분절된다.
동일한 과정이 SDSS J1531+3414에서도 발생하고 있는 것이다.

트렘블레이는 부엌의 싱크대나 잉크젯 프린터에서 볼 수 있는 현상과 동일한 물리적 현상을 10만 광년의 크기로 목격하고 있는 셈이라고 말했다.

 

과학자들은 지금도 이 고리의 원천을 보다 더 잘 이해하기 위한 노력을 계속하고 있다.
하나의 가능성은 차가운 분자가스들이 폭발적인 별 형성에 연료를 공급하고 있다는 것으로서 이것은 충돌이 진행중인 은하들이 원래 가지고 있는 속성일지도 모른다는 것이다.

 

또다른 가능성은 이른바 "냉각 흐름"이라고 불리는 시나리오이다.
이는 은하들을 둘러싸고 있는 엄청난 온도(1천만 도)의 플라즈마 대기로부터 가스들의 온도가 내려가면서 차가운 분자 가스 웅덩이들을 만들었고 이것이 별의 생성을 촉발시켰다고 보고 있다.

 

세번째 가능성은 차가운 가스가 일렬로 늘어선 별 생성에 연료를 공급하고 있다는 것이다. 
별이 일렬로 늘어선 이유는 타원은하들이 충돌할 때 발생한 고온의 충격파 때문으로 보고 있다.

은하간의 충돌은 가스를 압축시키게 되고 이로부터 단속적인 고밀도의 식어가는 플라즈마 층들을 만들어내게 된다는 것이다.

 

트렘블레이가 덧붙이는 설명은 다음과 같다.
"새로운 별들을 만들어내는 가스의 기원이 무엇이든간에 그 결과는 정말 놀랍습니다.
이건 정말 대단히 흥미로운 현상이죠.
아마도 평범한 설명으로는 그 원인을 찾을 수 없을 겁니다."

 

 

Credit: NASA, ESA, G. Tremblay (ESO), M. Gladders and M. Florian (University of Chicago), S. Baum, C. O'Dea, K. Cooke (RIT), M. Bayliss (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), H. Dahle (University of Oslo), T. Davis (ESO), J. Rigby (NASA/GSFC), K. Sharon (University of Michigan), E. Soto (Catholic University of America), and E. Wuyts (Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics) Acknowledgment: NASA, ESA, and the Hubble Heritage (STScI/AURA)-ESA/Hubble Collaboration

 

사진3> 허블 우주망원경이 촬영한 고밀도 은하단 SDSS J1531+3414는 북반구의 별자리인 북쪽 왕관자리에 위치하고 있다.

주로 거대한 타원은하들과 소수의 나선은하 및 불규칙 은하들로 구성되어 있는 이 은하단의 강력한 중력이 배경에 존재하는 은하들을 푸른색의 사선과 아치로 구부리고 있다.
중력렌즈에 의해 동그란 원을 그리고 있는 푸른색 아치의 중앙에 한쌍의 타원은하가 위치하는 것이 마치 전시를 위해 재미있는 구조를 형성하고 있는 듯 하다.

그리고 이 두 개의 거대한 질량을 가진 은하들의 중심핵은 와인 따개 모양으로 뒤틀린 진주고리와 같은 10만 광년 길이의 구조가 휘감고 있다.

이 "진주들"은 갓 태어난 청백색의 별들로 불타오르는 초성단이다.
이 은하단에 대한 허블의 고해상도 사진이 사용된 때는 2013년 5월 이다.
허블 WFC3가 이 성단을 가시광선과 적외선 필터로 촬영하였다.
 
* 출처 : 허블사이트 2014년 7월 10일 발표 뉴스
            http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2014/26/           

 

참고 : 은하에 대한 각종 포스트는 하기 링크 INDEX를 통해 확인할 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>

News Release Number: STScI-2014-26

Hubble Sees Spiral Bridge of Young Stars Between Two Ancient Galaxies

Astronomers routinely use the crisp view of NASA's Hubble Space Telescope to study all kinds of intricate details in galaxy clusters. By now you would think they've seen it all — but nature always has new surprises in store.

The latest is an uncanny 100,000-light-year-long structure that looks like a string of pearls twisted into a corkscrew shape that winds around the cores of two colliding galaxies. Astronomers don't quite know how to explain the origin and ultimate fate of the object, but the answer must be extraordinary, say scientists.

The Slinky-structure's unique morphology may yield new insights into the formation of stellar superclusters, the merger-driven growth of galaxies, and gas dynamics in the rarely seen merger process of two giant elliptical galaxies.

"We were surprised to find this stunning morphology, which must be very short-lived" (perhaps about 10 million years, which is a fraction of the time it takes for galaxies to merge), said Grant Tremblay of the European Southern Observatory in Garching, Germany. "We've long known that the 'beads on a string' phenomenon is seen in the arms of spiral galaxies and in tidal bridges between interacting galaxies. However, this particular supercluster arrangement has never been seen before in giant merging elliptical galaxies," he said. "We have two monsters playing tug-of-war with a necklace, and its ultimate fate is an interesting question in the context of the formation of stellar superclusters and the merger-driven growth of a galaxy's stellar component."

Like a string of pearls, these young, blue "super star clusters" are evenly spaced along the chain at separations of 3,000 light-years from one another. The pair of elliptical galaxies is embedded deep inside the dense galaxy cluster SDSS J1531+3414. The cluster's powerful gravity warps the image of background galaxies into blue streaks and arcs that give the illusion of being inside the cluster. The astronomers' first hypothesis was that the "string of pearls" was actually a lensed image from one of these background galaxies, but their recent follow-up observations with the Nordic Optical Telescope definitively rules this out.

The galaxy cluster is part of a Hubble program to look at 23 clusters that are so massive they create powerful gravitational lensing effects on the sky. The clusters were first cataloged in the Sloan Digital Sky Survey. Tremblay's team serendipitously discovered the highly bizarre string of stellar superclusters while reviewing the images as they came in from Hubble. "We were stunned by what we saw in SDSS J1531+3414," Tremblay said. "The uniqueness of this source spurred follow-up observations with both ground- and space-based telescopes."

"This is a beautiful demonstration of the profound scale-invariance of the fundamental laws of nature," Tremblay added. The underlying physical processes that give rise to the "beads on a string" morphology are related to the Jeans instability, describing the behavior of self-gravitating clumps of gas. It's analogous to the process that causes a falling column of water to disrupt, explaining why rain falls in drops rather than in continuous filaments from clouds. Water coming out of the kitchen tap eventually breaks into a series of droplets, and a very similar process is happening in SDSS J1531+3414. "We see the same physics on 100,000-light-year scales that we see in our kitchen sinks and inkjet printers," said Tremblay.

Scientists are currently working on a better understanding of the origin of the chain. one possibility is that the cold molecular gas fueling the burst of star formation may have been native to the two merging galaxies. Another possibility is a so-called "cooling flow" scenario, where gas cools from the ultra-hot (10 million degree) atmosphere of plasma that surrounds the galaxies, forming pools of cold molecular gas that starts to form stars. The third possibility is that the cold gas fueling the chain of star formation originates from a high-temperature shock wave created when the two giant elliptical galaxies crash together. This collision compresses the gas and creates a sheet of dense, cooling plasma.

"Whatever the origin for this star-forming gas is, the result is awesome. It's very exciting. You can't find a mundane explanation for this," Tremblay said.

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu