AzTEC-3 과 주변 은하들 : 원시 은하단에서 은하간의 병합에 대한 최상의 증거를 찾아내다.

 

Credit: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

 

그림 1> 이 그림은 ALMA가 관측한 원시 은하단의 상상화이다.
이 그림은 중심에 폭발적으로 별을 생성해내는 AzTEC-3 은하와 함께 이보다는 좀더 작으면서 활동성도 작은 일련의 은하들을 함께 묘사하고 있다.
이번 ALMA의 관측 데이터는 AzTEC-3이 다른 어린 은하들과 합병이 진행중이며 전체 은하들은 은하단이 형성되는 첫번째 단계에 있음을 알려주었다.
 

ALMA가 멀리 떨어진 원시 은하단에서 은하간의 병합에 대한 최상의 증거를 찾아내다.
 

125억 광년 거리의 세 개 어린 은하들 속에 자리잡은 이 은하는 우주의 발전소이다.
이 은하는 미리내의 1천배에 달하는 빠른 속도로 별들을 만들어내고 있다.

 

AzTEC-3으로 알려진 왕성한 활동력을 자랑하는 은하와 함께 자리잡고 있는 보다 고요한 은하들은 '계층적 병합(hierarchical merging)'이라 알려진, 초기 우주의 작은 은하들이 충돌을 통해 좀더 큰 규모의 은하로 성장한다는 모델에 대해 지금까지 제시된 사례 중 최상의 증거가 될 것으로 보인다.  

 

국제 천문학 연구팀은 ALMA를 이용하여 이 인상적인 천체들을 관측하였다.

 

11월 10일 아스트로피지컬 저널에 개재된 논문의 주저자이자 코넬 대학 부교수인 천문학자 도미니크 리처스(Dominik Riechers)의 설명은 다음과 같다.
"ALMA의 관측 데이터는 AzTEC-3이 매우 고밀도의 은하이며 매우 불안정한 상태임을 보여주고 있습니다.
이 은하의 폭발적인 별 생성은 이론상 예견된 최대 한계에 거의 근접한 상태이며 이보다는 다소 보통 수준이지만 역시 활동적으로 별들을 생성하고 있는 은하들에 의해 둘러싸여 있죠.
이 특별한 은하군은 우주의 진화 중 은하단의 형성과 거대한, 성숙한 은하들 간의 초기 집합체에 관한 중요한 이정표를 보여주고 있습니다."
 
AzTEC-3처럼 왕성하게 별들을 만들어내는 초기 우주의 은하들은 다른 청년기 은하들과의 충돌을 통해 유입된 막대한 양의 별 생성 재료들을 이용하여 엄청난 속도로 새로운 별들을 형성해내고 있다.

수십억년에 걸쳐 이러한 충돌은 계속 진행되었고, 결국 오늘날 우주에서 관측되는 거대한 은하와 은하단을 만들어냈다.

 

은하 진화의 계측정 병합모델 증거는 계속 누적되어 왔지만 이번 ALMA 데이터는 우주의 나이가 현재 나이의 고작 8퍼센트 정도밖에 되지 않았을 당시 전체 진행과정 중 중요한 첫번째 단계를 명확한 사진으로 보여주는 것이다.

 

국립전파전문대의 천문학자 크리스 카릴리(Chris Carilli)의 설명은 다음과 같다.
"ALMA의 주요 과학적 목표 중 하나는 우주의 전 시기에 걸친 은하를 탐사하고 세부적으로 연구하는데 있습니다.
이번 관측은 초기 우주에서 은하들이 합병되는 첫번째 단계를 보여줌으로써 우리로 하여금 전체 조각을 맞춰나갈 수 있도록 도와주는 것이랍니다."

 

육분의 자리 방향에 위치하는 AzTEC-3 은 스펙트럼 상의 특정 부분에서 밝게 빛을 내지만 가시광선과 적외선 파장에서는 매우 희미하여 천문학자들이 서브밀리미터 은하로 언급하곤 하는 은하에 속한다.
이러한 현상은 별들이 계속 형성되고 있는 환경에서 별빛들이 먼지에 흡수된 후 먼지에 흡수된 별빛이 원적외선 파장에서 재복사되기 때문에 발생한다.

이 빛이 우주를 가로질러 오는 동안 우주 자체의 팽창에 영향을 받아 지구에 도착했을 때 원적외선의 빛은 스펙트럼상의 서브밀리미터/밀리미터 파장으로까지 옮겨가게 된다.

 

ALMA의 놀라운 감도와 높은 해상도는 이 파장을 유례없이 세세하게 관측할 수 있다.
또한 이번 ALAM 관측 자료는  사상 처음으로 엄청나게 멀리 떨어져 있으면서 병합이 진행중인 원시 은하단의 3개 은하 내에서 별을 만들어내고 있는 가스에 대해 연구할 수 있게 해주었다.

 

ALMA의 관측 데이터는 세 개의 보다 작고 보통 수준의 은하들이 사실은 상대적으로 차분하면서도 일관된 속도로 별들을 만들어내고 있음도 보여주었다.
그러나 이들 이웃 은하들과는 달리 AzTEC-3은 맹렬한 속도로 별을 만들어내며 불타오르고 있다.

 

게다가 AzTEC-3 은 미리내가 일년에 걸쳐 만드는 별들보다 훨씬 많은 새로운 별들을 매일 만들어내고 있으며 일반적인 은하들보다 100배를 능가하는 속도를 유지하고 있다.
또한 과학자들은 AzTEC-3의 먼지와 가스들의 회전이 거의 존재하지 않는 것을 관측했는데, 이는 무언가가 이들의 움직임을 방해하고 있음을 시사한다.

 

이러한 두 개 특징은 AzTEC-3이 최근 다른 은하와 합쳐지고 있음을 강력하게 시사한다.

 

리처스의 설명은 다음과 같다.
"AzTEC-3은 지금 격렬하지만 매우 짧은 시간동안 나타나는 사건을 진행 중에 있습니다.
아마도 이는 진화단계 중 활동적으로 새로운 별들의 생성을 이끄는, 우주적 연대기에서 매우 드문, 가장 격렬한 단계를 거치는 것으로 보입니다."

 

천문학자들은 AzTEC-3과 다른 은하들을 하나의 은하단 내의 일부일 것으로 추측하고 있지만 아직은 중력적으로 서로 얽혀 명확한 은하단의 경계를 형성하지는 않은 것으로 보고 있다.

이는 천문학자들이 이 은하들을 개괄적으로 원시은하단으로 언급하는 이유이기도 하다.

 

폭발적으로 별을 생성하고 있는 이 은하는 하와이 마우나케아, 제임스 클라크 맥스웰 망원경이라는 단일 안테나 라디오파 망원경에 장착된 AzTEC 밀리미터파 카메라에 의해 관측되었으며 이름 역시 이로부터 따왔다.

오직 ALMA만이 이 특이한 은하와 바로 인접해 있는 주변 환경의 본성을 이해하게 해주는 관측 데이터를 제공한다.

 

Credit: Subaru/NASA/JPL, P. Capak (SSC/Caltech); ALMA (NRAO/ESO/NAOJ); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

 

사진 1> 이 사진은 AzTEC-3이 위치하는 지역을 촬영한 ALMA와 쓰바루 망원경의 데이터를 합성한 것이다.
원이 쳐져 있는 지역이 이 원시 은하단을 구성하는 은하들이며 이들은 쓰바루 망원경의 데이터에서 강조되어 있다.
ALMA의 데이터가 강조된 곳을 화살표가 지목하고 있다.

 

 

Credit: ALMA (NRAO/NAOJ/ESO); B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

 

사진 2> 별들을 만들어내고 있는 AzTEC-3의 가스(상단 우측)와 그 이웃인 LBG-1(왼쪽 하단)의 사진으로서 ALMA에 의해 관측되었다. 
 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2014년 11월 10일자
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/alma-protocluster

 

참고 : 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 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>

November 10, 2014

ALMA Finds Best Evidence Yet for Galactic Merger in Distant Protocluster

Nestled among a triplet of young galaxies more than 12.5 billion light-years away is a cosmic powerhouse: a galaxy that is producing stars nearly 1,000 times faster than our own Milky Way. This energetic starburst galaxy, known as AzTEC-3, together with its gang of calmer galaxies may represent the best evidence yet that large galaxies grow from the merger of smaller ones in the early Universe, a process known as hierarchical merging.

An international team of astronomers observed these remarkable objects with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

"The ALMA data reveal that AzTEC-3 is a very compact, highly disturbed galaxy that is bursting with new stars at close to its theoretically predicted maximum limit and is surrounded by a population of more normal, but also actively star-forming galaxies," said Dominik Riechers, an astronomer and assistant professor at Cornell University in Ithaca, New York, and lead author on a paper published today (Nov. 10) in the Astrophysical Journal. "This particular grouping of galaxies represents an important milestone in the evolution of our Universe: the formation of a galaxy cluster and the early assemblage of large, mature galaxies."

In the early Universe, starburst galaxies like AzTEC-3 were forming new stars at a monstrous pace fueled by the enormous quantities of star-forming material they devoured and by merging with other adolescent galaxies. Over billions of years, these mergers continued, eventually producing the large galaxies and clusters of galaxies we see in the Universe today.

Evidence for this hierarchical model of galaxy evolution has been mounting, but these latest ALMA data show a strikingly clear picture of the all-important first steps along this process when the Universe was only 8 percent of its current age.

one of the primary science goals of ALMA is the detection and detailed study of galaxies throughout cosmic time," said Chris Carilli, an astronomer with the National Radio Astronomy Observatory in Socorro, New Mexico. "These new observations help us put the pieces together by showing the first steps of a galaxy merger in the early Universe."

AzTEC-3, which is located in the direction of the constellation Sextans, is what astronomers refer to as a submillimeter galaxy, since it shines brightly in that portion of the spectrum, but is remarkably dim at optical and infrared wavelengths. This is due to light from its stars being absorbed by dust in the star-forming environments of the galaxy and then re-emitted by the dust at far-infrared wavelengths. As this light travels across the cosmos, it becomes stretched due to the expansion of the Universe, so by the time it arrives at Earth, the far-infrared light has shifted to the submillimeter/millimeter portion of the spectrum.

ALMA, with its remarkable sensitivity and high resolving power, was able to observe this system at these wavelengths in unprecedented detail. It also was able to study, for the first time, the star-forming gas in three additional, extremely distant members of an emerging galactic protocluster.

The ALMA data revealed that the three smaller, more normal galaxies are indeed producing stars from their gas at a relatively calm and steady pace. Unlike its neighbors, however, AzTEC-3 is burning through star-forming fuel at breakneck speed. Indeed, AzTEC-3 appears to form more new stars each day than our Milky Way galaxy forms in an entire year -- outpacing the normal galaxies in its proximity by about a factor of 100.

The researchers also observed very little rotation in AzTEC-3's dust and gas -- suggesting that something had disrupted its motion. Taken together, these two characteristics are strong indications that AzTEC-3 recently merged with another galaxy.

"AzTEC-3 is currently undergoing an extreme, but short-lived event," said Riechers. "This is perhaps the most violent phase in its evolution, leading to a star formation activity level that is very rare at its cosmic epoch."

The astronomers believe that AzTEC-3 and the other nearby galaxies appear to be part of the same system, but are not yet gravitationally bound into a clearly defined cluster. This is why the astronomers refer to them collectively as a protocluster.

The starburst galaxy was originally observed with and named after the AzTEC millimeter-wavelength camera, which was installed at the time on the James Clerk Maxwell Telescope, a single-dish radio telescope located on Mauna Kea, Hawaii. only with ALMA has it become possible to understand the nature of this exceptional galaxy and those in its immediate environment.

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

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.

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