2014. 10. 17. 00:01ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
그림 1> 이 상상화는 초기 우주에서 은하단의 생성을 묘사하고 있다.
은하들은 격렬하게 새로운 별을 형성하고 있으며 서로간에 상호작용을 계속하고 있다.
이 광경은 마치 가장 연구가 활발히 이루어지고 있는 원시성단 중 하나인 거미집 은하(공식적으로는 MRC 1138-262 라는 이름으로 알려져 있다)와 그 주변의 모습을 연상시킨다.
은하 대도시 형성의 비밀 - APEX가 원시은하단에서 별 생성의 숨겨진 비밀을 찾아내다.
천문학자들이 APEX 망원경을 이용하여 우주의 초기단계에 형성된 거대한 은하단을 관측하였으며, 이로부터 단순히 먼지에 가려져 있을 뿐 아니라 전혀 예상치 못한 지역에서 상당한 별들의 생성이 발생하고 있다는 사실을 밝혀냈다.
이번 발견은 이와 같은 일이 발생할만한 천체로서는 별의 생성에 대한 전방위적인 조사가 가해진 첫번째 사례이다.
은하단은 중력에 의해 서로 얽혀있는 우주에서 가장 거대한 규모를 자랑하는 구조이며 그 형성 과정에 대한 이해는 아직 충분치 않은 상태이다.
거미집 은하(공식적으로는 MRC 1138-262[1] 로 명명되어 있음)와 그 주변 환경에 대해서는 ESO와 다른 천체망원경[2]을 이용하여 20여년동안 연구가 진행중이다.
또한 이 은하는 100억년도 훨씬 전에 생성과정이 진행 중에 있는 원시은하단으로서는 최상의 예로 거론 될 수 있는 천체 중 하나로 생각되고 있다.
그러나 오스트리아 비엔나 대학의 헬무트 다너바우어(Helmut Dannerbauer)와 그의 연구팀은 이 이야기가 완결되기까지는 아직 한참 멀었다는 의심을 거두지 않았다.
그들은 별의 생성이 진행중인 어두운 부분의 탐사를 희망했고, 거미집 은하단에서 먼지속에 숨겨져 있는채로 얼마나 많은 별의 생성이 진행중인지를 알아냈다.
연구팀은 칠레 APEX 망원경에 장착된 LABOCA 카메라를 이용하여 40여시간에 걸쳐 밀리미터 파장으로 거미집 은하단을 관측하였는데, 이 파장은 대부분의 두꺼운 먼지구름을 관통할 수 있을만큼 긴 파장에 해당한다.
LABOCA는 광대역 감지장치를 가지고 있으며 이와 같은 조사에는 최적의 장비이다.
ESO APEX 프로젝트의 과학자이자 이번 논문의 공동저자인 카를로스 드 브룩(Carlos De Breuck)이 강조하는 것은 다음과 같다.
"이번 관측은 APEX를 이용하여 가장 깊은 곳까지를 들어다본 관측 중 하나이며 기기의 성능 끝단까지를 활용해본 관측입니다.
뿐만아니라 모든 연구원들은 해발 5050미터라는 고지대에서의 작업을 감내해야 했죠."
APEX 관측 결과는 거미집 은하단에서 그 주변에 비해 4배나 더 많은 별생성이 존재하고 있음을 알려주었다.
그리고 다른 파장에서 실행된 보충관측을 통해 획득한 데이터와 주의깊은 비교를 거쳐, 이들이 은하단과 동일한 거리에 위치하는 있으며 형성이 진행중인 은하단의 일부라는 사실을 확정할 수 있었다.
헬무트 다너바우어의 설명은 다음과 같다.
"APEX의 새로운 관측 데이터는 이 별들의 거대한 도시의 모든 구성요소에 대한 완전한 조사를 완료하는데 있어 마지막 퍼즐조각을 제공해주었습니다.
이 은하들은 여전히 형성이 진행중인 와중에 있으며 마치 지구에서 도시가 건설될때 그렇듯이 먼지에 완전히 뒤덮혀 있는 상태입니다."
그러나 진짜 놀라움은 연구팀이 별의 생성이 발생하는 곳이 어디인지를 보게될 때까지 유예되었다.
이들은 별 생성구역이 은하들을 연결하고 있는 거대한 필라멘트 상에서 발견될 것이라고 기대했었다.
그러나 별생성구역이 실제로 발생한 곳은 한 지역에 집중되어 있었으며 그 지역은 심지어는 거미집은하의 중심부도 아니었다.[3]
헬무트 다너바우어의 총평은 다음과 같다.
"우리는 거미집 은하단에서 숨겨져 있는 별의 생성활동을 발견하는데 목표를 두었고, 성공하기도 했죠.
하지만 우리는 이 와중에 새로운 수수께끼에 맞닥뜨렸습니다.
발견된 곳은 전혀 예상하지 못했던 곳이죠.
별들의 대도시는 완전히 불균형적으로 발전하고 있었습니다."
이야기가 계속 지속되기 위해서는 추가 관측이 필요하다.
그리고 ALMA는 다음 단계를 진행하는데 최적의 장비가 될 것이고, 이 먼지 지역에 대한 연구는 훨씬 더 세밀하게 진행될 것이다.
사진 1> 이 사진은 APEX가 서브밀리미터로 바라본 거미집 은하의 주변부 모습이다.
초기 우주의 이 원시 은하단은 초거대질량의 블랙홀을 품은 라디오파 은하를 둘러싸고 있다.
사진의 몇몇 거품들은 원시은하단에 존재하는, 먼지를 가득 뒤집어쓴채로 새로운 별을 생성해내는 은하들과 대응되는데 먼지가 가시광선을 흡수하기 때문에 가시광선으로는 볼 수 없는 천체이다.
사진의 희미한 구조물들은 APEX 이미지 처리의 어려움으로 인공적으로 만들어진 것이다.
사진 2> 이 사진은 허블 우주망원경이 촬영한 것으로 거미집 은하(사진 중앙 바로 오른쪽)와 그 주위를 ACS로 바라본 모습을 담고 있다.
이 은하는 갓태어난 은하단의 중심에 자리잡고 있으며 은하단 내의 수백개 은하들이 그 주위를 둘러싸고 있다.
사진 3> 이 사진은 DSS2에 의해 촬영된 컬러 합성사진이다.
사진의 폭은 가로 2.8도, 세로 2.9도이다.
각주
[1] 거미집 은하는 초거대 질량의 블랙홀을 가지고 있으며 강력한 라디오파를 방출하는 은하로서, 이것이 천문학자들로부터 처음으로 주목받은 원인이기도 하다.
[2] 이 지역은 1990년대 중반 이래 ESO의 다양한 망원경들을 통해 강도높게 관측되어 왔다.
라디오파 은하인 MRC1138-262의 적색편이가 처음으로 측정된 것은 라실라에서였다.
첫번째 방문자 모드였던 VLT의 FORS 관측에서 원시은하단을 발견했으며 그후 추가로 진행된 관측은 ISAAC, SINFONI, VIMOS, HAWK-1 등과 함께 이루어졌다.
APEX LABOCA 데이터는 ESO의 망원경들로부터 획득한 가시광선 및 근적외선 데이터들로 보충되었다.
연구팀은 12시간에 걸쳐 촬영된 VLA의 사진을 가시광선 대역에서 LABOCA의 데이터와 함께 교차 식별하였다.
[3] 이들 먼지를 가득 뒤집어쓰고 있는채로 폭발적으로 별이 생성되던 천체들은 오늘날 우리 주위의 은하단에서 목격되는 것과 같은 타원은하로 진화하였을 것으로 생각되고 있다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release 2014년 10월 15일자
http://www.eso.org/public/news/eso1431/
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>
Construction Secrets of a Galactic Metropolis
APEX reveals hidden star formation in protocluster
15 October 2014
Astronomers have used the APEX telescope to probe a huge galaxy cluster that is forming in the early Universe and revealed that much of the star formation taking place is not only hidden by dust, but also occurring in unexpected places. This is the first time that a full census of the star formation in such an object has been possible.
Galaxy clusters are the largest objects in the Universe held together by gravity but their formation is not well understood. The Spiderweb Galaxy (formally known as MRC 1138-262 [1]) and its surroundings have been studied for twenty years, using ESO and other telescopes [2], and is thought to be one of the best examples of a protocluster in the process of assembly, more than ten billion years ago.
But Helmut Dannerbauer (University of Vienna, Austria) and his team strongly suspected that the story was far from complete. They wanted to probe the dark side of star formation and find out how much of the star formation taking place in the Spiderweb Galaxy cluster was hidden from view behind dust.
The team used the LABOCA camera on the APEX telescope in Chile to make 40 hours of observations of the Spiderweb Cluster at millimetre wavelengths — wavelengths of light that are long enough to peer right through most of the thick dust clouds. LABOCA has a wide field and is the perfect instrument for this survey.
Carlos De Breuck (APEX project scientist at ESO, and a co-author of the new study) emphasises: “This is one of the deepest observations ever made with APEX and pushes the technology to its limits — as well as the endurance of the staff working at the high-altitude APEX site, 5050 metres above sea level.”
The APEX observations revealed that there were about four times as many sources detected in the area of the Spiderweb compared to the surrounding sky. And by carefully comparing the new data with complementary observations made at different wavelengths they were able to confirm that many of these sources were at the same distance as the galaxy cluster itself and must be parts of the forming cluster.
Helmut Dannerbauer explains: “The new APEX observations add the final piece needed to create a complete census of all inhabitants of this mega star city. These galaxies are in the process of formation so, rather like a construction site on Earth, they are very dusty.”
But a surprise awaited the team when they looked at where the newly detected star formation was taking place. They were expecting to find this star formation region on the large filaments connecting galaxies. Instead, they found it concentrated mostly in a single region, and that region is not even centred on the central Spiderweb Galaxy in the protocluster [3].
Helmut Dannerbauer concludes: “We aimed to find the hidden star formation in the Spiderweb cluster — and succeeded — but we unearthed a new mystery in the process; it was not where we expected! The mega city is developing asymmetrically.”
To continue the story further observations are needed — and ALMA will be the perfect instrument to take the next steps and study these dusty regions in far greater detail.
Notes
[1] The Spiderweb Galaxy contains a supermassive black hole and is a powerful source of radio waves — which is what led astronomers to notice it in the first place.
[2] This region had been intensively observed by a variety of ESO telescopes since the mid-1990s. The redshift (and hence the distance) of the radio galaxy MRC1138-262 (the Spiderweb Galaxy) was first measured at La Silla. The first visitor mode FORS observations on the VLT discovered the protocluster and afterwards further observations were made with ISAAC, SINFONI, VIMOS and HAWK-I. The APEX LABOCA data complement optical and near-infrared datasets from ESO telescopes. The team also used a 12-hour VLA image to cross-identify the LABOCA sources in the optical images.
[3] These dusty starbursts are thought to evolve into elliptical galaxies like those seen around us today in nearby galaxy clusters.
More information
This research was presented in a paper, “An excess of dusty starbursts related to the Spiderweb galaxy”, by Dannerbauer, Kurk, De Breuck et al., to appear online in the journal Astronomy & Astrophysics on 15 October 2014.
APEX is a collaboration between the Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), the onsala Space Observatory (OSO) and ESO. Operation of APEX at Chajnantor is entrusted to ESO.
The team is composed of H. Dannerbauer (University of Vienna, Austria), J. D. Kurk (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), C. De Breuck (ESO, Garching, Germany), D. Wylezalek (ESO, Garching, Germany), J. S. Santos (INAF–Osservatorio Astrofisico di Arcetri, Florence, Italy), Y. Koyama (National Astronomical Observatory of Japan, Tokyo, Japan [NAOJ]; Institute of Space Astronomical Science, Kanagawa, Japan), N. Seymour (International Centre for Radio Astronomy Research, Curtin University, Perth, Australia), M. Tanaka (NAOJ; Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, The University of Tokyo, Japan), N. Hatch (University of Nottingham, United Kingdom), B. Altieri (Herschel Science Centre, European Space Astronomy Centre, Villanueva de la Cañada, Spain [HSC]), D. Coia (HSC), A. Galametz (INAF–Osservatorio di Roma, Italy), T. Kodama (NAOJ), G. Miley (Leiden Observatory, the Netherlands), H. Röttgering (Leiden Observatory), M. Sanchez-Portal (HSC), I. Valtchanov (HSC), B. Venemans (Max-Planck Institut für Astronomie, Heidelberg, Germany) and B. Ziegler (University of Vienna).
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
Contacts
Helmut Dannerbauer
University of Vienna
Vienna, Austria
Tel: +43 1 4277 53826
Email: helmut.dannerbauer@univie.ac.at
Carlos De Breuck
ESO APEX Project Scientist
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6613
Email: cdebreuc@eso.org
Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org
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