J1430+1339 은하 중심에서 발견한 대파국의 폭풍

 

CREDIT: C. Harrison, A. Thomson; Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF; NASA.

 

사진1> 찻잔 은하(the Teacup Galaxy)를 촬영한 이 합성 사진에서 초록색은 별빛을, 파란색은 가스를, 노란색과 빨간색은 라디오파 복사를 나타낸다.

사진 중앙에 보이는 밝은 노란색의 거품은 블랙홀에 의해 촉발된 라디오파 제트를 보여주는 것으로 이 제트는 가스로 흘러들어가면서 가스를 초속 1천킬로미터의 속도로 가속시키고 있다.

양 옆의 거대한 거품들 역시 중심의 블랙홀에 의해 팽창에너지를 얻고 있다.

이 사진은 블랙홀이 자신이 몸담고 있는 은하에 끼치는 파국적인 영향을 보여주고 있다.

 

VLA가 발견한 예상밖의 은하폭풍

 

천문학자들이 국립과학재단의 초대형배열(Very Large Array, 이하 VLA)을 활용하여 놀랍도록 왕성한 활동 양상을 보이는 은하를 발견하였다.
이 은하는 이러한 활동 양상이 아니라면 그저 평범한 은하였을 것이다.
이번 발견은 초거대질량의 블랙홀이 자신의 은하에 어떻게 파국적인 영향을 끼치게 되는지에 대한 매우 중요한 통찰을 제공해주고 있다.

 

이번 논문의 주저자인 영국 더렘 대학 외계천문센터의 크리스 헤리슨(Chris Harrison)의 설명은 다음과 같다.
"초거대질량의 블랙홀은 은하내부에서 자신을 둘러싸고 있는 가스를 폭발적으로 가열시키며 몰아내게 됩니다.
그 결과 은하는 활동적으로 별들을 생성해내는 은하에서 더 이상 별들을 만들어낼 수 없는, 가스부족의 은하가 되고 말죠."

 

은하의 두 가지 주요 유형으로는 우선 활동적으로 별들을 생성해내며 가스를 풍부하게 가지고 있는 나선형 은하, 그리고 가스가 거의 고갈되었으며 별들을 거의 만들어내지 않는 타원형 은하를 들 수 있다.

 

천문학자들은 매우 질량이 무거운 타원은하들도 처음에는 활동적으로 별들을 생성해내는 은하로 시작했을 것으로 생각하고 있다.
그런데 은하 중심에 자리잡은 초거대질량의 블랙홀이 강력한 제트와 폭풍을 만들어내고, 이로인해 별을 지속적으로 생성해내는데 필요한 원재료들을 없애버리거나 파괴해버리는 것으로 생각하고 있다.

 

헤리슨의 설명은 다음과 같다.
"오랫동안 우리는 라디오파에서 극단적으로 밝게 빛나는 은하들에서 발생하는 이러한 현상을 직접적으로 관측해왔습니다.
이들 라디오파에서 밝은 빛을 내는 은하들은  대단히 드물게 발견되는데 이들은 블랙홀에서 시작되는 강력한 제트를 가지고 있으며 이 제트가 주위의 가스들을 갈아엎고 있죠. 
그런데, 우리는 우주에서 모든 은하들이 어떻게 행성되었는가를 이해하기 위해서 오늘날 더 많은 수를 차지하고 있는, 라디오파에서 덜 빛을 내는 은하들에서도 이와 동일한 과정이 진행되는지를 알아야 할 필요가 있습니다.
바로 이것이 우리 연구가 주안점을 뒀던 점이죠."
 

지속적인 조사의 일환으로 헤리슨과 그의 동료들은 외형때문에 '찻잔'이라는 이름이 붙은 J1430+1339 라는 은하를 연구하는데 VLA를 활용하였다.

약 11억광년 거리의 이 은하는 중심에 활동적으로 물질들을 집어삼키는 블랙홀을 품은 전형적인 은하들의 성격을 가진 것으로 알려져왔다.

 

이후 허블우주망원경을 이용한 후속 관측결과는 이 은하가 타원형태를 가진 은하인 것으로 밝혀졌는데, 이 은하는 여전히 별의 생성이 진행중임을 암시하는 가스에 의해 둘러싸여 있었다. 

VLA에 의한 관측 결과 이 은하는 중심의 양 측면으로 3만광년에서 4만광년까지 뻗어나간 거품들을 가지고 있음을 보여주었으며 이 거품들은 약 2천 광년 크기의 제트와 같은 구조를 따라 정렬하고 있었다.

이 제트와 같은 구조물들은 가시광 관측에서 초속 1천킬로미터까지 가속하고 있는 가스가 식별된 곳에 위치하고 있었다.

이번 연구를 함께한 더렘의 천문학자인 엘러스더 톰슨(Alasdair Thomson)의 설명은 다음과 같다.
"이번 라디오 관측 결과는 이 은하의 중심에 자리잡고 있는 블랙홀이 폭풍을 촉발시키고 있다는 점을 알려주었습니다.
이 블랙홀은 강력한 제트를 이용하여 은하의 가스를 가속시키고 있었으며 좀더 큰 스케일에서는 가스와 충돌을 계속하고 있었죠.
이러한 현상은 라디오파에서 극단적인 빛을 방출하는 은하들에서는 예전부터 발견할 수 있었던 과정입니다.
VLA의 독보적인 관측능력은 우리로하여금 이러한 현상이 희미한 라디오파를 복사하는 좀더 일반적인 유형의 은하들에서도 발견될 수 있도록 도와주었습니다."
 
헤리슨의 소감은 다음과 같다.
"이 은하에서의 폭풍은 블랙홀에 의해 추동된 제트 프로세스를 의미하며  이러한 프로세스가 새로운 별들을 생성시키는 재료를 고갈시킨다거나 파괴시킨다는 것은 우리가 예전에 알고 있던 것보다 이러한 현상이 훨씬 더 일반적인 과정인지도 모른다는 점을 말해주고 있습니다. 
또한 이 점은 우리 주위의 은하들이 어떻게 형성되었는가를 이해하는데 있어 핵심적인 고리가 될 수도 있을 것입니다."
 
헤리슨과 그의 동료들은 이와 유사한 천체 8개를 VLA를 이용하여 관측하고 있으며 해당 천체에서도 유사한 특징이 발견되는지 여부를 확인하기 위해 데이터 분석작업을 계속하고 있다. 
 
헤리슨은 영국과 미국, 칠레의 천문학자들로 구성된 연구팀과 함께 연구를 계속하고 있다.

이번 발견에 대한 논문은 아스트로피지컬 저널에서 찾아볼 수 있다.

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2015년 2월 11일자 
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/vla-finds-galaxy-storm

 

참고 : J1430+1339를 비롯한 다양한 은하에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 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 

참고 : 블랙홀에 대한 각종 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
          https://big-crunch.tistory.com/12346986

 

원문>

For Immediate Release: 11 February 2015

VLA Finds Unexpected "Storm" at Galaxy's Core

Astronomers using the National Science Foundation's Very Large Array (VLA) found surprisingly energetic activity in what they otherwise considered a "boring" galaxy, and their discovery provides important insight on how supermassive black holes can have a catastrophic effect on the galaxies in which they reside.

"It appears that a supermassive black hole is explosively heating and blasting around the gas in this galaxy and, as a result, is transforming it from an actively star-forming galaxy into one devoid of gas that can no longer form stars," said Chris Harrison, the lead-author of the study, from The Centre for Extragalactic Astronomy at Durham University in the U.K.

Two major types of galaxies are spirals, rich in gas and actively forming stars, and ellipticals, gas-poor and with very little star formation. The massive ellipticals, astronomers think, started life as actively star-forming galaxies. Powerful jets and winds of material, powered by supermassive black holes at the galaxies' centers, are believed to remove or destroy the raw material needed for continued star formation.

"For many years, we've seen direct evidence of this happening in galaxies that are extremely bright when viewed through radio telescopes. These, rare, radio-bright galaxies harbor powerful jets, launched at the black hole, that plow into the surrounding gas," Harrison said. "However, to understand how all of galaxies in our Universe formed, we needed to know if these same processes occur in less extreme galaxies that better represent the majority. This was the focus of our study," he added.

As part of an ongoing investigation, Harrison and his colleagues used the VLA to study a galaxy labelled J1430+1339, also known as the "Teacup," because of its appearance. About 1.1 billion light-years from Earth, the galaxy had been identified as having characteristics typical of galaxies with a central black hole actively consuming material. Follow-on observations with NASA's Hubble Space Telescope also revealed evidence that the Teacup has the appearance of a elliptical-type galaxy, but is surrounded by gas that suggests it is still in the process of transforming from a star-forming galaxy.

The VLA observations showed that the galaxy has "bubbles" extending from 30,000 to 40,000 light-years on each side of its core, along with smaller jet-like structures, about 2,000 light-years in size. These jet-like structures are located at the position where visible-light observations indicate gas is being accelerated to speeds up to about 1,000 kilometers per second.

Alasdair Thomson, another Durham astronomer involved in the study, said, "These radio observations have revealed that the central black hole is whipping up a storm at the center of this galaxy, by launching powerful jets that are accelerating the gas in the host galaxy and are colliding with the gas on larger scales. This is the same kind of powerful process we'd previously seen in rare, extremely radio-luminous galaxies. The incredible capabilites of the VLA have allowed us to discover that these processes can occur in the more-common, radio-faint galaxies, as long as you look hard enough."

"This 'storm' in the 'Teacup' means that the jet-driven process in which a black hole is removing or destroying star-forming material may be much more typical than we knew before, and could be a crucial piece in the puzzle of understanding how the galaxies we see around us were formed," Harrison said. Harrison and his collaborators now have observed eight more such objects with the VLA and are analyzing their data to see if the others show similar characteristics.

Harrison worked with a team of astronomers from the U.K., the U.S., and Chile. They presented their findings in the Astrophysical Journal.

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

###

Contact:
Dave Finley, Public Information Officer
(575) 835-7302
dfinley@nrao.edu