J1649+2635 : 천문학자들을 당혹케 한 특이한 은하

 

Credit: Mao et al., NRAO/AUI/NSF, Sloan Digital Sky Survey

 

사진 1> 이 사진은 J1649+2635 은하의 라디오파 데이터와 가시광선 데이터를 겹쳐놓은 것이다.

노란색으로 보이는 부분이 가시광선 부분이며, 파란색으로 보이는 부분은 라디오파 사진으로서 이는 제트를 보여주고 있다.

 

시민과학자들의 도움을 받아 천문학자들로 구성된 연구팀이 매우 희귀한 유형의 새로운 은하를 발견해냈다.
이 은하는 초기 우주에서 은하가 어떻게 생성되는지에 대한 값진 통찰을 제공해 줄지도 모른다.

 

이번 새로운 발견에 동원된 기술은 천문학자들로하여금 이처럼 신비롭고 중요한 유형에 해당하는 은하들을 보다 더 많이 발견하는데 도움이 될 것으로 보인다.

 

 

지구로부터 8억광년 거리에 위치하는 J1649+2635 라는 이름의 이 은하는 미리내와 같은 나선은하이지만, 중심에서 거의 광속에 육박하는 속도로 뿜어져 나오는 아원자 입자의 제트가 있는 은하이다.
문제는 그동안 나선은하에서는 이와 같이 거대한 제트가 존재하지 않는다고 생각되어 왔다는데 있다.

 

국립전파천문대(the National Radio Astronomy Observatory, 이하 NRAO) 소속인 미니 마오(Minnie Mao)의 소감은 다음과 같다.
"전통적인 지식에 의하면 이와 같은 제트는 나선은하간의 충돌로 형성된 타원은하에서만 존재하는 것입니다.
우리는 어떻게 나선은하가 이처럼 거대한 제트를 가지게 되었는지를 전혀 알 수 없는 상황인거죠."

 

J1649+2635는 제트를 분출하는 나선은하로서는 4번째로 발견된 은하이다.
이와 같은 경우에 해당하는 첫번째 은하는 2003년에 발견되었는데, 칼 G. 얀스키 초거대 배열에 의해 촬영된 라디오파 관측 데이터와 허블 우주망원경이 촬영한 가시광선 데이터를 합성한 자료에서 처음 발견되었다.

두번째 은하는 2011년 슬로안 디지털 스카이 서베이(the Sloan Digital Sky Survey, 이하 SDSS)와 VLA의 관측 데이터로부터 발견되었으며 세번재 은하는 올해 초 라디오파와 가시광선 합성 사진에서 발견되었다.

 

마오는 어떻게 이들이 제트를 분출하는 '괴상한'은하가 되었는지를 알아내기 위해 이와 같은 특징의 은하들을 좀더 많이 찾아낼 필요가 있다고 말했다.

 

이러한 은하들을 찾아내기 위해 천문학자들은 도움이 필요했다.
그것은 방대한 양의 라디오 파와 가시광선 관측 데이터를 찾아보는 것이었는데 이는 자원봉사자들의 도움으로 해결될 수 있었다.
자원봉사자들은 온라인상에서 은하 동물원(the Galaxy Zoo)이라는 이름의 프로젝트에 참여하였으며, SDSS의 사진들을 대상으로 해당 은하가 나선은하인지, 타원은하인지 아니면 다른 유형의 은하인지를 분류하였다.

각 은하의 사진들은 다수의 자원봉사자들에 의해 분류가 맞는지를 확인하는 재검사를 거쳤다.
지금까지 15만명 이상의 프로젝트 참여자들에 의해 70만개의 은하가 분류되었다.

 

마오와 그녀의 동료들은 은하의 분류가 타당한 것으로 조사된 95%의 은하들 중 6만 5천개 은하들을 자료로 사용하였으며, 이중에 3만 5천개가 나선은하였다.
J1649+2635의 경우 31명의 자원자들에 의해 분류된 은하로서 이들 중 30명이 나선은하라는데 동의한 은하이다.

 

다음으로 천문학자들은 가시광선에서 나선은하로 분류된 이 은하들을 NARO VLA 관측데이터와 20센티 파장의 라디오파로 촬영한 희미한 데이터를 합성하여 목록화된 은하들과 교차점검하기로 결정하였다.

이 작업은 NRAO 여름학교에 참가한 버지니아 대학의 재학생인 라이언 더핀( Ryan Duffin)에 의해 수행되었다.

더핀의 교차점검 결과는 J1649+2635가 나선은하이면서 두 개의 강력한 라디오파 제트를 가지고 있음을 보여주었다.

 

더핀의 소감은 다음과 같다.
"이번 발견은 처음에는 나선은하로 확정되었다가 후속연구를 통해 거대한 라디오파 제트가 있음이 밝혀진 첫번째 사례입니다.
이처럼 희귀한 발견을 이뤄내는 것은 정말 멋진 일이죠."

 

J1649+2635 로부터 발생하는 것과 같은 제트는 중심에 자리잡은 초거대질량의 블랙홀로부터 유발되는 중력에너지에 의해 분출된다.

물질들이 블랙홀을 향해 끌려들어가면서 빠르게 회전하는 원반을 형성하게 되고, 여기에서 가속된 입자들은 원반의 양극을 따라 분출하게 된다.

 

타원은하를 형성시키는 것으로 보이는 은하간의 충돌은 이러한 충돌 와중에 있는 은하들의 가스를 찢어놓게 되고, 이는 원반의 형성과 가속 메커니즘을 만들어내는 연료가 된다.

그러나 이러한 작용은 충돌와중에 있는 은하들의 나선구조를 파괴시키는 것으로 예측되었다.

 

J1649+2635의 특이성은 단순히 제트를 가지고 있기 때문만이 아니라 이 은하가 가시광선 복사를 방출하는 거대한 헤일로를 가진 전형적인 나선은하의 틀을 갖춘 첫번째 은하이기 때문이다.

 

마오의 설명은 다음과 같다.
"이 은하의 존재는 우리에게 수많은 궁금증을 불러일으킵니다.
우리는 어떻게 이와 같이 괴상한 야수가 탄생할 수 있었는지를 알아야 하죠.
나선 구조를 그대로 유지할 수 있는 독특한 유형의 은하충돌이 존재하는 것일까요?
아니면 원래는 타원은하였던 은하가 충돌을 통해 다시 나선은하로 재편된 걸까요?
어떤 상호작용의 결과로 이러한 독특한 은하를 만들어진 것일까요?
우리는 좀더 많은 연구를 진행할 겁니다. 그러나 그 전에 이와 같은 은하가 얼마나 더 많이 있는지를 알 필요가 있죠.
우리는 은하동물원 프로젝트나 라디오파 은하동물원(Radio Galaxy Zoo)과 같은 프로젝트가 필요합니다.
수많은 시민과학자들이 이와 같은 은하를 더 많이 찾아내는데 도움을 줄 수 있을 것이고,  우리는 이러한 모든 질문에 대답할 수 있게 될 것이라 생각합니다."
 
마오와 그녀의 동료들은 이 희귀한 은하들에게
"은하핵과 관련된 이중 열편 라디오 전파원(Double-lobed Radio sources Associated with Galactic Nuclei)"이라는 기술적 설명의 첫머리 글자를 따서  "나선형 용들(Spiral DRAGNs)"이라는 이름을 붙여주었다.

  

이번 발견을 왕립 천문학회지 월보를 통해 발표되었다.

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2014년 12월 2일자 
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/strange-galaxy-perplexes-astronomers

 
참고 : J1649+2635 은하를 비롯한 다양한 은하의 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 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>

2 December 2014

Strange Galaxy Perplexes Astronomers

With the help of citizen scientists, a team of astronomers has found an important new example of a very rare type of galaxy that may yield valuable insight on how galaxies developed in the early Universe. The new discovery technique promises to give astronomers many more examples of this important and mysterious type of galaxy.

The galaxy they studied, named J1649+2635, nearly 800 million light-years from Earth, is a spiral galaxy, like our own Milky Way, but with prominent "jets" of subatomic particles propelled outward from its core at nearly the speed of light. The problem is that spiral galaxies are not supposed to have such large jets.

"The conventional wisdom is that such jets come only from elliptical galaxies that formed through the merger of spirals. We don't know how spirals can have these large jets," said Minnie Mao, of the National Radio Astronomy Observatory (NRAO).

J1649+2635 is only the fourth jet-emitting spiral galaxy discovered so far. The first was found in 2003, when astronomers combined a radio-telescope image from the Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) and a visible-light image of the same object from the Hubble Space Telescope. The second was revealed in 2011 by images from the Sloan Digital Sky Survey and the VLA, and the third, found earlier this year, also was discovered by combining radio and visible-light images.

"In order to figure out how these jets can be produced by the 'wrong' kind of galaxy, we realized we needed to find more of them," Mao said.

To do that, the astronomers looked for help. That help came in the form of large collections of images from both radio and optical telescopes, and the hands-on assistance of volunteer citizen scientists. The volunteers are participants in an online project called the Galaxy Zoo, in which they look at images from the visible-light Sloan Digital Sky Survey and classify the galaxies as spiral, elliptical, or other types. Each galaxy image is inspected by multiple volunteers to ensure accuracy in the classification.

So far, more than 150,000 Galaxy Zoo participants have classified some 700,000 galaxies. Mao and her collaborators used a "superclean" subset of more than 65,000 galaxies, for which 95 percent of those viewing each galaxy's image agreed on the classification. About 35,000 of those are spiral galaxies. J1649+2635 had been classified by 31 Galaxy Zoo volunteers, 30 of whom agreed that it is a spiral.

Next, the astronomers decided to cross-match the visible-light spirals with galaxies in a catalog that combines data from the NRAO VLA Sky Survey and the Faint Images of the Radio Sky at Twenty Centimeters survey, both done using the VLA. This job was done by Ryan Duffin, a University of Virginia undergraduate working as an NRAO summer student. Duffin's cross-matching showed that J1649+2635 is both a spiral galaxy and has powerful twin radio jets.

"This is the first time that a galaxy was first identified as a spiral, then subsequently found to have large radio jets," Duffin said. "It was exciting to make such a rare find," he added.

Jets such as those seen coming from J1649+2635 are propelled by the gravitational energy of a supermassive black hole at the core of the galaxy. Material pulled toward the black hole forms a rapidly-rotating disk, and particles are accelerated outward along the poles of the disk. The collision that presumably forms an elliptical galaxy disrupts gas in the merging galaxies and provides "fuel" for the disk and acceleration mechanism. That same disruption, however, is expected to destroy any spiral structure as the galaxies merge into one.

J1649+2635 is unusual not only because of its jets, but also because it is the first example of a "grand design" spiral galaxy with a large "halo" of visible-light emission surrounding it.

"This galaxy presents us with many mysteries. We want to know how it became such a strange beast," Mao said. "Did it have a unique type of merger that preserved its spiral structure? Was it an elliptical that had another collision that made it re-grow spiral arms? Is its unique character the result of interaction with its environment?"

"We will study it further, but in addition, we need to see if there are more like it," Mao said.

"We hope that with projects like the Galaxy Zoo and another called Radio Galaxy Zoo, those thousands of citizen scientists can help us find many more galaxies like this one so we can answer all our questions," Mao said. Mao and her colleagues have dubbed these rare galaxies "Spiral DRAGNs," an acronym for the technical description, "Double-lobed Radio sources Associated with Galactic Nuclei."

Mao and Duffin worked with Frazer Owen, Emmanuel Momjian, and Mark Lacy, also of the NRAO; Bill Keel of the University of Alabama; Glenn Morrison of the University of Hawaii and the Canada-France-Hawaii Telescope; Tony Mroczkowski of the Naval Research Laboratory; Susan Neff of NASA's Goddard Space Flight Center; Ray Norris of CSIRO Astronomy and Space Science in Australia; Henrique Schmitt of the Naval Research Laboratory; and Vicki Toy and Sylvain Veilleux of the University of Maryland. The scientists are reporting their findings in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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

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