은하의 성장을 억제하는 우주의 비

 

Credit  X-ray: NASA/CXC/Michigan State Univ/G.Voit et al; Optical: NASA/STScI & DSS; H-alpha: Carnegie Obs./Magellan/W.Baade Telescope/U.Maryland/M.McDonald

 

 

- 은하의 성장과 진화에 영향을 끼칠 수 있는 독특한 우주적 강우 현상이 어떻게 형성되는지를 보여주고 있는 새로운 연구 결과.

 

- 이번 연구에서는 찬드라 X선 망원경에 의해 획득된 200개 이상의 은하단에 대한 자료가 활용되었다.

 

- 이번 연구는 은하의 강우 현상이 거대한 블랙홀과 함께 은하 내에서 별 생성을 억제할 수 있다는 증거를 제공해주고 있다.

 

 

이 은하단은 블랙홀이 자신이 위치하고 있는 은하의 성장과 진화에 어떻게 영향을 끼치는지가 연구된  200개 이상의 샘플에서 선정된 것이다.

 

이 연구는 가스가 차가와졌다가 뜨거워졌다가를 반복하는 되먹임 현상을 가능케 함으로서 이들 은하단의 내부에서 별의 생성을 억제하는 독특한 우주적 강우 현상(cosmic precipitation) 형성의 비밀을 밝혀주었다.

(* 우주적 강우 현상(cosmic precipitation) : 뜨거운 가스가 은하로 추락해들어가는 차가운 가스 구름의 비를 만들어내는 메커니즘)

사진에 보이는 Abell 2597은 지구로부터 10억 광년 거리에 위치하고 있는 은하단이다.

이 사진은 찬드라 X선 망원경이 촬영한 X선 데이터(파란색)와 허블 우주망원경 및 DSS 의 가시광 데이터(노란색) 그리고 칠레 발터 바데 망원경이 취득한 수소원자 복사선(붉은색)의 데이터를 합성한 것이다.

 

이번 연구에 따르면 거대한 규모의 블랙홀과 그 블랙홀이 자리잡고 있는 은하는 다음과 같이 움직이는 규칙이 있다.

- NGC 2597과 같은 은하의 뜨거운 가스는 '강우(precipitation)'현상이라 불리는 복사와 에너지 손실을 통해 빠르게 식게 된다.

- 이렇게 식은 가스 구름들은 중심에 자리잡은 초거대질량의 블랙홀로 추락하게 되는데 이로인해 발생한 제트는 가스를 다시 가열시켜 더 이상의 열손실을 방해하게 된다.

 

과학자들은 찬드라 X선 망원경의 데이터를 이용한 이번 연구에서 블랙홀로부터의 거리에 따라 가스가 차가와지는데 얼마나 오랜 시간이 걸리는지를 측정하였다.

그리고 측정 정보를 이용하여 과학자들은 각 블랙홀 주변의 "날씨"를 정확하게 예측할 수 있게 되었다.

과학자들은 블랙홀의 제트가 만들어낸 에너지에 의해 추동되는 강우 되먹임 고리가 지속적으로 강력해진 차가운 가스 구름의 비를 방지한다는 것을 발견했다.

찬드라 망원경의 데이터는 이러한 강우현상의 규칙이 70억년 이상 유지되어 오고 있음을 알려주었다.

 

몇몇 은하들에서는 차가운 가스 구름의 비가 은하의 성장에 규칙적으로 중요한 역할을 수행했음을 보여주는데 반해 과학자들은 우주적 강우 현상이 이미 끝나버린 은하들도 있음을 발견하였다.

또다른 은하단과의 충돌이 있었을 것으로 보이는 이들 은하들의 중심지역에서 보이는 강렬한 열이 블랙홀 주변의 강우 현상을 완전히 "말려버렸을" 것으로 보인다.

이에 대한 증거 또한 발견되었는데, 블랙홀 근처 지역으로부터 강력한 폭발기류가 몰아쳐나오는 소수의 은하단은 일시적으로 강우 현상이 중단된 것으로 보였지만 그 열은 전도를 일으킬만큼 강력하지는 않았다.

이러한 경우 수백만년 내에 차갑게 식어가는 가스가 반드시 다시 생겨나게 되고 강우 현상의 활성화가 재개되게 된다.

 

마크 보이트(Mark Voit, 미시간 주립대학)와 메간 도나휴(Megan Donahue, 미시간 주립대학), 그레그 브라이언(Greg Bryan, 콜롬비아 대학)과 마이클 맥도날드(Michael McDonald, 매사추세츠 기술연구소)의 논문 초고는 온라인상에서 확인이 가능하다.
(http://arxiv.org/abs/1409.1598)

보이트와 도나휴의 작업에 의해 수립된 연구는 2015년 1월 20일 아스트로피지컬 저널(The Astrophysical Journal)에 개재되었으며 온라인으로도 확인이 가능하다. (http://arxiv.org/abs/1409.1601)

 

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 3월 4일 
         http://chandra.harvard.edu/photo/2015/a2597/

 

참고 : Abell 2597을 비롯한 각종 은하단에 대한 포스트는 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>

• New research shows how an unusual form of cosmic precipitation can affect the growth and evolution of galaxies.

 

• Over 200 galaxy clusters were surveyed in this new study using X-ray data from Chandra.

 

• These results provide evidence that this precipitation can slow down star formation in galaxies with giant black holes.

 

This galaxy cluster comes from a sample of over 200 that were studied to determine how giant black holes at their centers affect the growth and evolution of their host galaxy, as reported in our latest press release. This study revealed that an unusual form of cosmic precipitation enables a feedback loop of cooling and heating, stifling star formation in the middle of these galaxy clusters.

Abell 2597, shown here, is a galaxy cluster located about one billion light years from Earth. This image contains X-rays from NASA's Chandra X-ray Observatory (blue), optical data from the Hubble Space Telescope and the Digitized Sky Survey (yellow) and emission from hydrogen atoms (red) from the Walter Baade Telescope in Chile.

According to this new study, the regulation of the largest black hole and their host galaxies works as follows: in some galaxies, such as NGC 2597, hot gas is able to quickly cool through radiation and energy loss, in a process called precipitation. The clouds of cool gas that result then fall into the central supermassive black hole, producing jets that heat the gas and prevent further cooling.

The researchers used Chandra data to estimate how long it should take for the gas to cool at different distances from the black holes in the study. Using that information, they were able to accurately predict the "weather" around each of the black holes.

They found that the precipitation feedback loop driven by energy produced by the black hole jets prevents the showers of cold clouds from getting too strong. The Chandra data indicate that the regulation of this precipitation has been going on for the last 7 billion years or more.

While a rain of cool clouds appears to play a key role in regulating the growth of some galaxies, the researchers have found other galaxies where the cosmic precipitation had shut off. The intense heat in these central galaxies, possibly from colliding with another galaxy cluster, likely "dried up" the precipitation around the black hole.

Evidence was also found, in a few galaxy clusters, that strong bursts of outflows from regions near the black hole may have temporarily shut down precipitation, but the heating is not strong enough to result in conduction. In these cases, further cooling of gas should occur and active precipitation should resume in a few hundred million years.

A pre-print of the Nature study by Mark Voit (Michigan State University), Megan Donahue (Michigan State), Greg Bryan (Columbia University), and Michael McDonald (Massachusetts Institute of Technology) is available online; the study builds on work by Voit and Donahue that was published in the January 20th, 2015 issue of The Astrophysical Journal Letters and is available online.

NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, manages the Chandra program for NASA's Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, controls Chandra's science and flight operations.

 

Fast Facts for Abell 2597:
Credit	X-ray: NASA/CXC/Michigan State Univ/G.Voit et al; Optical: NASA/STScI & DSS; H-alpha: Carnegie Obs./Magellan/W.Baade Telescope/U.Maryland/M.McDonald
Release Date	March 4, 2015
Scale	Image is 2 arcmin on a side (about 600,000 light years)
Category	Groups & Clusters of Galaxies
Coordinates (J2000)	RA 23h 25m 19.6s | Dec -12° 07' 27.4"
Constellation	Aquarius
Observation Date	28 Jul 2000, 01 and 04 May 2006
Observation Time	42 hours 7 min (1 day 18 hours 7 min).
Obs. ID	922, 6934, 7329
Instrument	ACIS
References	Voit, G. et al, 2015, Nature (accepted), arXiv:1409.1598; Voit, G. et al, 2015, ApJL, 799; arXiv:1409.1601
Color Code	X-ray (Blue); Optical (Yellow); H-alpha (Red)

Distance Estimate

About 1 billion light years