구축 초기 단계에 있는 거대 은하의 모습을 발견하다.

 

Credit: NASA, ESA, and Z. Levay and G. Bacon (STScI)

 

그림> 이 삽화는 형성이 진행중인 은하의 밀집핵을 가상의 행성계에서 바라본 모습을 묘사한 것이다.
하늘이 성운과 갓 태어난 성단, 그리고 초신성 폭발로 인한 불꽃으로 붉게 빛나고 있다.
빠르게 형성이 지속되고 있는 핵은 오늘날 우리 눈에 보이는 거대타원은하와 유사한 은하의 중심이 되었을 것으로 보인다.

 

 

구축 초기 단계에 있는 거대 은하의 모습을 발견하다.

 

천문학자들이 구축 초기단계에 있는 무거운 질량의 은하를 처음으로 포착해냈다.

스파키(Sparky)라는 별칭이 붙은 이 은하는 폭발적인 비율로 탄생하고 있는 수백만개의 별로부터 쏟아져나온 불꽃들이 잔뜩 몰려있는 고밀도의 핵을 가지고 있다.

 

이번 발견은 NASA의 허블우주망원경과 스피처 우주망원경, ESA의 허셜 우주망원경과 하와이 켁 천문대와의 합동관측을 통해 이루어졌다.

갓 탄생한 이 은하는 110억광년 거리에 존재하는 은하로서 이 시기는 우주가 빅뱅탄생이후 고작 30억년밖에 지나지 않은 시점이다.

 

천문학자들은 소규모 고밀도 은하가 성장을 계속하여 거대한 타원은하가 되었을 가능성이 있고, 고대의 별들로 이루어진 가스 결핍상태의 조합체들이 초기에 소규모 고밀도 은하의 핵으로부터 시작되어 안에서부터밖으로 성장을 계속했을 것이라고 생각하고 있다.  

 

이번 논문의 주저자인 예일대학 에리카 넬슨(Erica Nelson)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이처럼 고밀도로 뭉쳐져 있는 천체가 탄생되는 형성과정을 본적이 없습니다.
이번 핵 형성 과정은 초기 우주에 있어서는 특이한 현상이라고 의심했죠.
왜냐하면 이 천체는 너무나 이른 초기 우주에서 발견되었고, 전반적으로 훨씬 소규모, 고밀도 양상을 띠고 있었기 때문입니다.
오늘날의 우주는 천체들이 전반적으로 너무나 퍼져 있는 상황이어서 이와같은 천체는 더 이상 볼 수가 없습니다."
 

이번 연구팀의 논문은 8월 27일 네이처지에 개재되었다.

 

비록 그 크기는 우리 은하수의 한 조각 크기밖에 되지 않지만, 이 작은 은하는 이미 우리 은하의 두 배에 달하는 별들을 6천광년 지름 내에 빽빽하게 보유하고 있다.  참고로 우리 은하의 지름은 약 10만 광년이다.
직접 목격하기가 쉽지 않은 이 천체는 아마도 우주먼지에 의해 가려져 있는 수많은 유사한 천체를 대표하는 천체일지도 모른다.

 

넬슨의 설명은 다음과 같다.
"이들은 매우 극단적인 환경을 가지고 있습니다. 
이는 마치 별들을 벼려내는 중간단계의 큰 가마솥과 같죠.
이곳에는 엄청난 폭발과 거품들이 몰려있습니다.
만약 이곳에서 밤하늘을 올려다본다면, 하늘은 갓 태어난 별들과 수많은 가스와 먼지들, 그리고 폭발한 별들의 잔해가 널려 매우 밝게 빛나는 모습을 보여주고 있을 것입니다.

실제 이러한 모습을 본다면 정말 환상적이겠죠."

 

허블이 촬영한 사진으로부터 은하의 크기를 결정하기 위해 연구팀은 스피처 우주망원경 및 허셜 우주망원경이 촬영하여 보유하고 있는 기존 원적외선 자료들을 철저히 조사하였다.
그리고 분석 결과는 갓태어난 이 어린 은하가 얼마나 빠른 속도로 새로운 별들을 만들어내고 있는지를 알게 해 주었다.
이 은하는 일년에 약 300개의 별을 맹렬한 속도로 만들어내고 있었다.
우리 은하를 이와 비교하자면 우리 은하의 경우 1년에 만들어지는 별은 대략 10개 수준이다.

 

천문학자들은 이러한 맹렬한 속도의 별 생성이 초기 우주에서 은하들이 생성될 수 있는 발판이 되어준, 눈에 보이지 않는 암흑물질의 깊은 중력 우물 속에서 이 은하의 중심이 생성되었기 때문인 것으로 생각하고 있다.
가스들이 이 은하 중심의 중력 우물속으로 몰아쳐 들어가면서 새로운 별의 탄생을 점화시키게 되었다는 것이다.

 

극단적으로 새로운 별들이 탄생한 이 지역에 존재하는 가스와 먼지들은 왜 이와 같은 소규모 고밀도 은하들이 지금까지 천문학자들에게 발견되기 어려웠는지를 설명해 줄 수 있을지도 모른다.
생성이 진행중인 은하에서 새로운 별의 폭발적인 형성을 만들어내며 첩첩이 쌓여있는 먼지들이 별로부터 쏟아져나오는 별들을 막아설 수 있는 것이다.
따라서 폭발적인 별의 생성은 단지 눈에 보이지 않을 뿐이고, 이와 같이 형성이 진행중인 은하들을 보기 위해서는 허블 WFC3나 스피처 우주망원경 또는 허셜 우주망원경의 적외선 탐지 능력이 필요하게 되는 것이다.

 

이번 관측 결과는 이 은하에서의 맹렬한 별생성이 10억년 이상 지속되고 있음을 보여주고 있다.
(동시에 우리는 이제서야 오랜 여행을 계속해온 이 빛을 보기 시작하게 된 것이다.)

 

과학자들은 그러나 이 은하가 이처럼 광적인 별생성 패턴을 오랫동안 유지하지는 못했을 것이라고 말했다.
결국 이 은하는 빽빽하게 뭉쳐진 핵 속에서 새로운 별들을 생성하는 작업을 멈추게 되었을 것이다.
그리고 이 작은 은하들은 충돌과 병합을 통해 그 몸집을 불려나가면서 그 다음 100억년 동안 양적인 팽창을 계속해왔고, 그 결과 오늘날 우리가 보고 있는 거대하지만 정적인 상태를 유지하는 타원은하와 같은 모습을 갖추게 되었을 것이다.

 

연구팀의 일원인 예일대학 피터 반 도쿰( Pieter van Dokkum )의 설명은 다음과 같다.
"제 생각에 우리의 발견은 이러한 유형의 은하 생성이 실제 존재했는지 여부에 대한 질문을 해결한 것이라 생각합니다.
이제 다시 제기되는 질문은 이러한 일이 얼마나 자주 발생했는가입니다.
우리는 이와 같은 또다른 은하들이 존재하지만 근적외선 파장에서는 아주 희미한 은하일 것으로 생각하고 있습니다.
아마도 이들은 좀더 긴 파장에서 더 밝게 빛나고 있을 것입니다.
따라서 이러한 유형의 천체들을 더 많이 발견하는 것은 NASA의 제임스웹 우주망원경과 같은 미래의 적외선 망원경에게 달려 있다고 할 수 있습니다."

 

Credit: NASA, ESA, and G. Illingworth (University of California, Santa Cruz), and the GOODS team

 

사진> 새로 탄생하는 별들로 붉게 빛나는 갓 태어난 은하의 핵은 타원은하 형성의 초기단계의 은하로서 이전에는 한 번도 목격된 바 없는 천체이다.
이 천체는 GOODS(the Great Observatories Origins Deep Survey) 관측에 참여하고 있는 허블우주망원경의 사진에서 발견되었다.
확대 사진의 화살표는 이 은하의 고밀도 핵을 가리키고 있다.
이 은하는 110억 광년 거리에 위치하고 있으며 이는 빅뱅이후 고작 30억년이 지난 시점이다.
비록 그 크기는 우리 은하수의 한 조각 크기밖에 되지 않지만, 이 은하에는 우리 은하의 두 배에 달하는 별들이 6천광년 지름 내에 빽빽하게 몰려있다.
참고로 우리 은하의 지름은 약 10만 광년이다.
천문학자들은 새로 탄생한 이 은하가 몸집을 점점 불려 오늘날 우리 눈에 보이는 거대타원은하와 유사한 은하가 되었을 것으로 생각하고 있다.
직접 목격하기가 쉽지 않은 이 천체는 아마도 우주먼지에 의해 가려져 있는 수많은 유사한 천체를 대표하는 천체일지도 모른다.
이 사진은 허블 WFC3가 촬영한 근적외선 데이터와 ACS가 촬영한 가시광선 데이터를 합성한 것이다.

 

* 출처 : 허블사이트 2014년 8월 27일 발표 뉴스
           http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2014/37

 

참고 : 다양한 은하에 대한 각종 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>

News Release Number: STScI-2014-37

NASA Telescopes Help Uncover Early Construction Phase Of Giant Galaxy

Astronomers have for the first time gotten a glimpse of the earliest stages of massive galaxy construction. The building site, dubbed "Sparky," is a developing galaxy containing a dense core that is blazing with the light of millions of newborn stars which are forming at a ferocious rate. The discovery was made possible through combining observations from NASA's Hubble and Spitzer space telescopes, the European Space Agency's Herschel Space Observatory, and the W.M. Keck Observatory in Hawaii.

Because the infant galaxy is so far away, it is seen as it appeared 11 billion years ago, just 3 billion years after the birth of the universe in the big bang. Astronomers think the compact galaxy will continue to grow, possibly becoming a giant elliptical galaxy, a gas-deficient assemblage of ancient stars theorized to develop from the inside out, with a compact core marking its beginnings.

"We really hadn't seen a formation process that could create things that are this dense," explained Erica Nelson of Yale University in New Haven, Connecticut, lead author of the science paper announcing the results. "We suspect that this core-formation process is a phenomenon unique to the early universe because the early universe, as a whole, was more compact. Today, the universe is so diffuse that it cannot create such objects anymore."

The research team's paper appears in the August 27 issue of the journal Nature.

Although only a fraction of the size of the Milky Way, the tiny powerhouse galaxy already contains about twice as many stars as our galaxy, all crammed into a region only 6,000 light-years across. The Milky Way is about 100,000 light-years across. This barely visible galaxy may be representative of a much larger population of similar objects that are obscured by dust.

"They're very extreme environments," Nelson said. "It's like a medieval cauldron forging stars. There's a lot of turbulence, and it's bubbling. If you were in there, the night sky would be bright with young stars, and there would be a lot of dust, gas, and remnants of exploding stars. To actually see this happening is fascinating."

Alongside determining the galaxy's size from the Hubble images, the team dug into archival far-infrared images from the Spitzer and Herschel telescopes. The analysis allowed them to see how fast the young galaxy is churning out stars. Sparky is producing roughly 300 stars per year. By comparison, the Milky Way produces roughly 10 stars per year.

Astronomers believe that this frenzied star formation occurred because the galactic center is forming deep inside a gravitational well of dark matter, an invisible form of matter that makes up the scaffolding upon which galaxies formed in the early universe. A torrent of gas is flowing into this well at the galaxy's core, sparking waves of star birth.

The sheer amount of gas and dust within an extreme star-forming region like this may explain why these compact galaxies have eluded astronomers until now. Bursts of star formation create dust, which builds up within the forming galaxy and can block some starlight. Sparky was only barely visible, and it required the infrared capabilities of Hubble's Wide Field Camera 3, Spitzer, and Herschel to reveal the developing galaxy.

The observations indicate that the galaxy had been furiously making stars for more than a billion years (at the time the light we now observe began its long journey). But the galaxy didn't keep up this frenetic pace for very long, the researchers suggested. Eventually, the galaxy probably stopped forming stars in the packed core. Smaller galaxies then might have merged with the growing galaxy, making it expand outward in size over the next 10 billion years, possibly becoming similar to one of the mammoth, sedate elliptical galaxies seen today.

"I think our discovery settles the question of whether this mode of building galaxies actually happened or not," said team member Pieter van Dokkum of Yale University. "The question now is, how often did this occur? We suspect there are other galaxies like this that are even fainter in near-infrared wavelengths. We think they'll be brighter at longer wavelengths, and so it will really be up to future infrared telescopes such as NASA's James Webb Space Telescope to find more of these objects."

CONTACT

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

Erica Nelson / Pieter van Dokkum
Yale University
New Haven, Connecticut
203-432-0573
erica.nelson@yale.edu / pieter.vandokkum@yale.edu