ALMA가 탐지한 원반은하의 폭발적인 생성의 기원

 

Credit: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/SMA/CARMA/IRAM/J. Ueda et al.

 

표1> 각각의 그림은 충돌이 진행중인 30개 은하의 일부를 묘사한 것이다.
각 은하의 도표에는 가스의 움직임을 컬러로 표현하였고, 일산화탄소의 신호 강도역시 표현되어 있다.
관측자인 우리로부터 멀어지는 가스는 붉은 색으로, 그리고 우리로 다가오는 가스는 파란색으로 표시되었다.
붉은 색과 파란색이 번갈아가며 나타나는 것은 이 가스상 원반이 은하의 중심을 축으로 회전하고 있다는 것을 의미한다.

ALMA가 탐지한 원반은하의 폭발적인 생성의 기원
: ALMA의 새로운 관측이 왜 우주에 우리 은하와 같은 형태의 은하들이 수없이 많이 존재하는지를 설명하다.

 

수십년동안 과학자들은 은하들간의 충돌이 타원은하의 형성이라는 결과를 도출해낸다고 믿어왔다.
그런데 이번에 최초로 과학자들이 ALMA와 다른 전파망원경들을 이용하여 은하들간의 통합이 원반은하를 만들어낼뿐만 아니라, 이러한 현상이 사실 매우 일반적인 현상이라는 직접적인 증거를 발견하였다.

이러한 놀라운 결과는 우주에서 우리 은하와 같은 나선은하들이 왜 이처럼 많이 존재하는지를 설명해 줄 수 있을 것으로 보인다.

 

일본 박사후연구과정촉진협회의 준코 우에다(Junko Ueda)가 이끄는 국제연구팀이 만들어낸 이 놀라운 연구는, 4천만광년에서 6억광년 범위의 국부우주에 존재하는 이른 바 원반 은하들을 대상으로 이루어졌다.
 

우리 은하와 같은 나선은하와 렌즈상 은하를 포함하는 범주인 원반은하들은 먼지와 가스로 이루어진 팬케이크 모양의 은하로 정의되어 있으며, 타원은하라는 범주의 은하와는 명백히 구분되는 은하이다.
지금까지는 원반은하들간의 충돌이 결국 타원형태의 은하를 만들어낸다는 생각이 널리 받아들여져왔다.

 

은하들간의 파괴적인 상호작용이 발생하게 되면 은하들간의 충돌합병은 단순히 질량의 증가 뿐 아니라 우주적 스케일의 시간동안 형태까지 변화시키게 되어 은하의 유형도 바뀌게 된다는 것이다.
1970년대부터 이루어진 컴퓨터 시뮬레이션 결과는 두 개의 비교가능한 원반은하간의 통합이 타원은하를 형성시키는 것으로 예측하였다.

이 시뮬레이션은 오늘날 대부분의 은하가 타원형 은하이며 충돌이 관측된 은하들의 70%이상이 사실은 원반은하라고 예측하였다.

그러나 최근 시뮬레이션 결과는 은하들간의 충돌이 원반은하를 형성시킬 수도 있음을 보여주었다.

 

충돌이후 은하의 최종 형태가 어떠할지를 규명하기 위해 연구팀은 충돌의 최종 단계에 머물러 있는 37개 은하에서 가스의 분포가 어떻게 나타나는지를 연구하였다.

연구팀은 ALMA와 몇몇 다른 전파 망원경들[1]을 이용하여 분자 가스의 지표분자인 일산화탄소의 복사를 관측하였다.

 

연구팀의 연구는 은하의 분자 가스에 대한 연구로는 지금까지 가장 대규모 연구에 해당하며, 이를 통해 우리 은하가 어떻게 형성되었는지에 대한 독보적인 통찰을 제공해주었다.
이들의 연구는 대부분의 충돌 양상에서 분자가스들이 팬케이크 모양을 형성하는 것을 보여주었으며 따라서 이로부터 원반은하들이 만들어지는 것이다.

 

우에다의 설명은 다음과 같다.
"이번 연구 결과는 은하들간의 충돌이 원반은하를 만들어낼 수도 있다는 것을 관측적으로 증명한 첫번째 사례입니다.
이번 연구는 원반은하의 탄생이라는 수수께끼를 이해하는데 한 걸음 더 나아간 예상밖의 결과라 할 수 있습니다."

 

그럼에도 불구하고 발견해야 할 것이 더 많이 남아있다.

 

우에다의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이 가스 원반에서 별들의 형성에 대해 집중해야 합니다. 그리고 좀더 먼 거리의 우주를 봐야할 필요도 있죠.
우리는 더 멀리 떨어진 우주에 존재하는 은하들 중의 대다수가 원반을 가지고 있다는 것을 알고 있죠.
그러나 이 은하들이 은하들간의 충돌의 결과인지, 아니면 차가운 가스들이 붕괴를 거듭하여 은하로 형성된 것인지에 대해서는 알지못합니다.
아마도 우리는 우주의 전 역사를 관통하는 일반적인 기재를 발견한 것인지도 모르죠."
 

각주

 

[1] 관측 데이터는 ALMA에 의해 획득되었으며, 추가 데이터의 보충은 다음 망원경들에 의해 이루어졌다.
밀리미터파 천문관측 연합배열(the Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy), 23개 파라볼라 안테나로 구성된 캘리포니아 밀리미터 배열(a millimeter array consisting of 23 parabola antennas in California), 8개의 파라볼라 안테나로 구성된 하와이 마우나케아의 서브밀리미터 배열(the Submillimeter Array a submillimeter array consisting of eight parabola antennas in Mauna Kea, Hawaii), 드뷰로 고원의 전파간섭계(the Plateau de Bure Interferometer), NAOJ 노베야마 라디오 천문대의 45미터 전파 망원경(the NAOJ Nobeyama Radio Observatory 45m radio telescope), 미국 국립전파천문대 12미터 망원경(USA’s National Radio Astronomy Observatory 12m telescope), 미국 5개 대학 전파천문대의 14미터 망원경(USA's Five College Radio Astronomy Observatory 14m telescope), IRMA 30미터 망원경(IRAM’s 30m telescope), 스웨덴-ESO 서브밀리미터 망원경(the Swedish-ESO Submillimeter Telescope as a supplement)
    
 
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release  2014년 9월 17일자
         http://www.eso.org/public/news/eso1429/

 

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>

Violent Origins of Disc Galaxies Probed by ALMA

New observations explain why Milky Way-like galaxies are so common in the Universe

17 September 2014

For decades scientists have believed that galaxy mergers usually result in the formation of elliptical galaxies. Now, for the the first time, researchers using ALMA and a host of other radio telescopes have found direct evidence that merging galaxies can instead form disc galaxies, and that this outcome is in fact quite common. This surprising result could explain why there are so many spiral galaxies like the Milky Way in the Universe.

An international research group led by Junko Ueda, a Japan Society for the Promotion of Science postdoctoral fellow, has made surprising observations that most galaxy collisions in the nearby Universe — within 40–600 million light-years from Earth — result in so-called disc galaxies. Disc galaxies — including spiral galaxies like the Milky Way and lenticular galaxies — are defined by pancake-shaped regions of dust and gas, and are distinct from the category of elliptical galaxies.

It has, for some time, been widely accepted that merging disc galaxies would eventually form an elliptically shaped galaxy. During these violent interactions the galaxies do not only gain mass as they merge or cannibalise each-other, but they are also changing their shape throughout cosmic time, and therefore changing type along the way.

Computer simulations from the 1970s predicted that mergers between two comparable disc galaxies would result in an elliptical galaxy. The simulations predict that most galaxies today are elliptical, clashing with observations that over 70% of galaxies are in fact disc galaxies. However, more recent simulations have suggested that collisions could also form disc galaxies.

To identify the final shapes of galaxies after mergers observationally, the group studied the distribution of gas in 37 galaxies that are in their final stages of merging. The Atacama Large Millimeter/sub-millimeter Array (ALMA) and several other radio telescopes [1] were used to observe emission from carbon monoxide (CO), an indicator of molecular gas. 

The team’s research is the largest study of molecular gas in galaxies to date and provides unique insight into how the Milky Way might have formed. Their study revealed that almost all of the mergers show pancake-shaped areas of molecular gas, and hence are disc galaxies in the making. Ueda explains: “For the first time there is observational evidence for merging galaxies that could result in disc galaxies. This is a large and unexpected step towards understanding the mystery of the birth of disc galaxies.”

Nonetheless, there is a lot more to discover. Ueda added: “We have to start focusing on the formation of stars in these gas discs. Furthermore, we need to look farther out in the more distant Universe. We know that the majority of galaxies in the more distant Universe also have discs. We however do not yet know whether galaxy mergers are also responsible for these, or whether they are formed by cold gas gradually falling into the galaxy. Maybe we have found a general mechanism that applies throughout the history of the Universe.”

Notes

[1] The data were obtained by ALMA; the Combined Array for Research in Millimeter-wave Astronomy: a millimeter array consisting of 23 parabola antennas in California; the Submillimeter Array a submillimeter array consisting of eight parabola antennas in Mauna Kea, Hawaii; the Plateau de Bure Interferometer; the NAOJ Nobeyama Radio Observatory 45m radio telescope; USA’s National Radio Astronomy Observatory 12m telescope; USA's Five College Radio Astronomy Observatory 14m telescope; IRAM’s 30m telescope; and the Swedish-ESO Submillimeter Telescope as a supplement.

More information

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of Europe, North America and East Asia in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded in Europe by the European Southern Observatory (ESO), in North America by the U.S. National Science Foundation (NSF) in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science Council of Taiwan (NSC) and in East Asia by the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan. ALMA construction and operations are led on behalf of Europe by ESO, on behalf of North America by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), which is managed by Associated Universities, Inc. (AUI) and on behalf of East Asia by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.

These observation results were published in The Astrophysical Journal Supplement (August 2014) as Ueda et al. "Cold Molecular Gas in Merger Remnants. I. Formation of Molecular Gas Discs".

The team is composed of Junko Ueda (JSPS postdoctoral fellow/National Astronomical Observatory of Japan [NAOJ]), Daisuke Iono (NAOJ/The Graduate University for Advanced Studies [SOKENDAI]), Min S. Yun (The University of Massachusetts), Alison F. Crocker (The University of Toledo), Desika Narayanan (Haverford College), Shinya Komugi (Kogakuin University/ NAOJ), Daniel Espada (NAOJ/SOKENDAI/Joint ALMA Observatory), Bunyo Hatsukade (NAOJ), Hiroyuki Kaneko (University of Tsukuba), Yoichi Tamura (The University of Tokyo), David J. Wilner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics), Ryohei Kawabe (NAOJ/ SOKENDAI/The University of Tokyo) and Hsi-An Pan (Hokkaido University/SOKENDAI/NAOJ)

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 15 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is the European partner of a revolutionary astronomical telescope ALMA, the largest astronomical project in existence. ESO is currently planning the 39-metre European Extremely Large optical/near-infrared Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

Links

• Research paper on Astro-Ph
• Previous result on the formation of spiral galaxies with the VLT

Contacts

Junko Ueda
JSPS postdoctoral fellow/NAOJ
Tel: +88 422 34 3117
Email: junko.ueda@nao.ac.jp

Lars Lindberg Christensen
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Garching bei München, Germany
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Masaaki Hiramatsu
NAOJ Chile Observatory EPO officer
Tel: +88 422 34 3630
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