한니의 천체 (한니스 부어베르프 : Hanny's Voorwerp)

 

Credit: NASA, ESA, and W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa)

 

사진1> 허블우주망원경이 촬영한 이 사진에는 8개의 활성 은하들을 감싸고 있는 고리모양, 나선모양, 땋은 모양 등 다양한 형태의 괴상한 초록빛 천체들의 모습이 담겨 있다. 

먼지와 가스로 이루어진 이 거대한 점들은 주로 산소 원자의 빛이온화로부터 방출되는 빛이 우세하여 초록빛으로 보인다.

각각의 은하들은 이 구조물들을 비추는 것으로 보이는 밝은 퀘이사를 거느리고 있다.

은하의 외곽을 감싸고 있는 이 에테르성 뭉치들은 은하 중심의 블랙홀로부터 발생하는 강력한 자외선 복사에 의해 - 아마도 일시적으로- 쓸려나왔을 것이다.

퀘이사의 빛은 현재 이 거품들에서 보이는 빛을 만들어내기에는 충분치 않기 때문에 아마도 이 거품들은  과거에 이  은하에서 발생한 모종의 사건에 대한 기록일지도 모른다.

이 블랙홀들은 두 개 은하간의 충돌을 통해 에너지를 공급받았을지도 모르고 이 줄뭉치들은 이 충돌의 와중에 산산조각난 물질들에 대한 과학적 증거일지도 모른다.

 

한니의 천체(Hanny's Voorwerp) : 죽은 퀘이사의 근처에서 발견된 수수께끼의 천체들

 

허블우주망원경이 도깨비불과 같은 초록색 뭉치들을 촬영해냈다.
이 천체들은 한순간 깜빡였다가 사라지는 퀘이사가 남긴 수수께끼의 유령들이다.
이 천체들은 고리형태나 나선형태 또는 땋은형태 등 다양한 형태를 가지고 있다.

허블서베이를 시작한 알라바마 대학의 빌 킬(Bill Keel)은 이들이 하나의 형태에 한정되는 천체들은 아니라고 말했다.

 

킬은 이 천체들이 고에너지 핵을 가진 은하들의 수수께끼와 같은 행동을 이해하는 통찰을 제공해 줄 것으로 믿고 있다.
은하의 바깥쪽에 위치하는 이 에테르성 뭉치들은 은하의 중심에 자리잡고 있는 초거대질량의 블랙홀로부터 쏟아져나오는 강력한 자외선 복사로 인해 빛나고 있는 것으로 생각된다.

 

가장 활발한 활동성을 보이는 이 은하의 핵은 퀘이사라고 하는데,  이곳에서 유입하는 물질이 가열되면서 찬란한 불빛이 깊은 우주까지 밝게 비춘다.
이 빛줄기는 블랙홀을 휘감고 도는 초고온으로 끓으며 빛을 뿜어내는 원반에 의해 생성된다.

킬의 설명은 다음과 같다.
"그러나 이 퀘이사들은 우리가 지금 목격하는 것과 같은 현상을 설명할 수 있을만큼 충분히 밝은 상태가 아닙니다.
밝은 빛을 뿜어내며 불타오르고 있는 이 줄뭉치들은 퀘이사가 한때는 더 많은 에너지를 복사해내고 있었음을 말해주는 것일 수도 있고 퀘이사들이 지금 우리가 보는 것을 설명해 주지 못할정도로 빠르게 변해버렸음을 말해주는 것일수도 있습니다."
 
킬은 그 중 하나의 가설로 상호 공전하는 한쌍의 블랙홀이 퀘이사에 에너지를 공급하면서 발생하는 현상을 설명했다.

이러한 상황은 마치 샹들리에의 빛을 흐리게 만드는 단추처럼 퀘이사의 밝기를 변하게도 할 수 있다.

퀘이사의 빛줄기는 깊은 우주에서 눈에 보이지 않던 줄뭉치들을 빛이온화(photoionization) 라는 과정을 통해 빛을 뿜어내게 만든다.
이 줄뭉치들에 있는 산소 원자가 퀘이사의 빛을 흡수한 후 이를 수천년에 걸쳐 서서히 다시 방출해내는 것이다.

이 줄뭉치들에서는 또다른 원소들인 수소, 헬륨, 질소, 황, 네온도 검출되고 있다.

킬의 설명은 다음과 같다.
"적당량의 무거운 원소들은 은하의 핵으로부터 몰아쳐 나왔다기 보다는 은하의 외곽부에서 생겨나는 가스에 의해 추가되는 것입니다."
 

이 초록색 줄뭉치들은 두 개 은하의 충돌로 야기된 중력조석작용에 의해 기다란 가스의 꼬리들이 찢어지면서 형성된 것으로 추측되고 있다.

길이가 수만광년에 달하는 이 거대한 구조물들은 퀘이사의 블랙홀로부터 폭발해나온 잔해라기보다는 은하간의 충돌통합이 완료되고 오랜 후 천천히 자신의 은하를 공전하며 발생한 것이다.

 

킬의 설명은 다음과 같다.
"우리 꼬여있는 먼지줄기들이 가스와 연결되어 있는 모습을 보고 있습니다. 

이 물질들이 어떻게 은하를 휘감게 되었는지에 대해서는 산술적인 모델이 존재합니다.
지금 우리가 보고 있는 것은 작고 풍부한 가스를 가진 은하가 훨씬 더 큰 은하에 잠겨든 후 15억년이 지나고 나서의 모습일 수 있습니다."

 

 

Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

 

그림 1> 이 그림은 충돌하는 은하 주위에서 어떻게 이 수수께끼의 가스 뭉치들이 형성되고 빛을 내게 되는지를 묘사하고 있다.

1. 두 개의 나선은하들이 서로에 대해 중력 조석 작용을 행사할만큼 가까워졌다.
2. 규모가 작은 은하에서 뜯겨나온 별과 가스들이 기다란 꼬리를 형성한다.
3. 충돌 와중에 추락한 물질들로 에너지를 공급받은 규모가 큰 은하의 블랙홀에서 빛을 뿜어내는 퀘이사가 출현한다. 이 퀘이사로부터 뿜어져나온 빛줄기가 중력조석 작용에 의해 형성되어 은하외곽에까지 뻗어있는 꼬리의 일부를 이온화시킨다.
4. 퀘이사가 빛을 잃은 후에도 이온화된 가스 꼬리에서 빛이 나오면서 수만년전 퀘이사 폭발이 있었음을 증언해주고 있다.   

 

이 유령과 같은 초록색 구조는 은하로부터 너무나 멀리 떨어져 있어 퀘이사의 폭발이 있고나서 수만년 정도가 지나기 전에는 빛을 반사해 낼 수가 없는 상황이다.

마찬가지로 수만년 정도가 지난 상황이라면 퀘이사 자체의 불빛도 잦아들었을 것이다.

이러한 시차는 퀘이사의 빛이 먼지덩어리에 도달하기까지 걸리게 될 시간만큼 발생한다.

이와는 별개로 은하간의 통합은 물질들을 중심에 자리잡은 초거대질량의 블랙홀에 몰아넣음으로써 퀘이사의 탄생을 촉발시켰을 것이다.

 

최초로 이 초록색 괴물이라 할 수 있는 천체가  발견된 것은 2007년 독일의 학교 선생님이었던 한니 반 아르켈(Hanny van Arkel)에 의해서였다.

그녀가 이 유령과 같은 구조를 발견한 것은 온라인상의 프로젝트였던 은하동물원 프로젝트(Galaxy Zoo project)를 통해서였다.

 

이 프로젝트는 슬로안 디지털 스카이 서베이(the Sloan Digital Sky Survey, 이하 SDSS)에서 수집한 백만개 이상의 은하들을 대중의 도움을 받아 분류한 프로젝트로서 이후 허블우주망원경이 탐사한 먼 거리 은하들에게까지 대상을 확대시켰다.

이 괴상한 구조들의 이름은 '한니스 부어베르프(Hanny's Voorwerp)'라는 이름이 지어졌는데, 이는 독일말로 '한니의 천체' 라는 의미를 갖고 있다.

 

킬은 한니의 천체들에 대한 허블 사진이 너무 흥미로웠기 때문에 이와같은 괴상한 형태의 천체들을 신중하게 찾아보기 시작했다.

이들은 SDSS의 사진상에 있는 한니의 천체들에 대한 희귀하고 인상적인 색채 표지들을 공유하곤 했다.

 

킬은 특별히 퀘이사를 지니고 있는 15,000개 이상의 은하들을 살펴볼 200명의 자원자를 대동하고 있었다.

각각의 후보 은하들은 이 특이한 색채의 구름들을 전체적으로 드러내 줄 수 있는 최소 10개의 사진들을 가지고 있어야 했다.

 

킬의 팀은 은하의 빛을 분광학이라 불리는 과정을 통해 구성 색채별로 분리함으로써 가장 가능성있고 더 많은 연구가 수행될만한 천체들을 찾아 대상으로 삼았다.

그리고 키트피크 국립천문대와 릭 천문대에서의 후속 관측을 통해 별 생성으로부터 발생하는 에너지가 아닌 퀘이사의 복사에 의해 이온화된 가스를 가지고 있는 20개의 은하들을 찾아냈다.

이 은하들의 구름은 은하들 바깥쪽으로 3만 광년 이상까지 뻗어나가 있었다.

여기서 새로 발견된 3개의 구름은 NASA 광대역 적외선 탐사 위성(Wide-field Infrared Survey Explorer, WISE) 에 의해 관측된 적외선 관측에서도 퀘이사로부터 유입된 복사의 양에서 예상된것보다 훨씬 더 많은 에너지를 품고 있음이 드러났다.

퀘이사의 밝기는 이 가스들을 빛이온화시키기에 충분한 에너지를 공급하는데 필요한 밝기의 10분의 1정도밖에 되지 않았다.

 

킬은 추정컨대 이러한 밝기 변화는 중심 블랙홀로 잠겨드는 물질들의 비율에 의해 통제되는것 같다고 말했다.

킬은 퀘이사의 밝기 변화가 이 은하의 중심에 서로 공전하고 있는 두 개의 무거운 블랙홀이 있음을 설명해 줄 수 있을 것이라고 추측하였다.

따라서 이로부터 두 개의 은하가 충돌했을 것임을 추정할 수 있게 되는 것이다.

 

한 쌍이 블랙홀이 서로에 대해 휘감겨 있다면 지속적인 가스의 유입이 방해받을 수 있다.

이로 인해 물질의 추락와중에 갑작스러운 섬광이 일어날 수 있고 복사의 광풍이 몰아쳐나올 수 있게 되는 것이다. 

 

우리 미리내가 40억년 내에 안드로메다 은하와 충돌하게 되면 각 은하의 블랙홀들 역시 서로 휘감겨 공전하게 될 수 있을 것이다.

따라서 먼 미래에 태어날 새로운 우리의 미리내 역시 미리내를 휘감고 있는 자신만의 한니의 천체를 거느릴 수 있게 될 것이다.

 

 

사진2> 찻잔은하  SDSS 1430+13, 2MASX J14302986+1339117  Credit: NASA, ESA, and W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa)

 

 

사진3>  NGC 5972  Credit: NASA, ESA, and W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa)

 

 

사진4>  SDSS 1510+07, 2MASX J15100402+0740370  Credit: NASA, ESA, and W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa)

 

 

 

사진5>  UGC 7342. Credit: NASA, ESA, and W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa)

 

 

 

사진6>  NGC 5252. Credit: NASA, ESA, and W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa)

 

                                               

 

 

사진 7> 마카리안 1498 ( Markarian 1498). Credit: NASA, ESA, and W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa)

 

 

사진 8>  UGC 11185. Credit: NASA, ESA, and W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa)

 

 

사진 9> SDSS 2201+11, 2MASX J22014163+1151237.  Credit: NASA, ESA, and W. Keel (University of Alabama, Tuscaloosa)

 

 

 

출처 : 허블사이트 2015년 4월 2일 발표 뉴스
         http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2015/13/

 

참고 : 각종 은하에 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>

News Release Number: STScI-2015-13

Hubble Finds Phantom Objects Near Dead Quasars

NASA's Hubble Space Telescope has photographed a set of wispy, goblin-green objects that are the ephemeral ghosts of quasars that flickered to life and then faded.

The glowing structures have looping, helical, and braided shapes. "They don't fit a single pattern," said Bill Keel of the University of Alabama, Tuscaloosa, who initiated the Hubble survey. Keel believes the features offer insights into the puzzling behavior of galaxies with energetic cores.

The ethereal wisps outside the host galaxy are believed to have been illuminated by powerful ultraviolet radiation from a supermassive black hole at the core of the host galaxy. The most active of these galaxy cores are called quasars, where infalling material is heated to a point where a brilliant searchlight shines into deep space. The beam is produced by a disk of glowing, superheated gas encircling the black hole.

"However, the quasars are not bright enough now to account for what we're seeing; this is a record of something that happened in the past," Keel said. "The glowing filaments are telling us that the quasars were once emitting more energy, or they are changing very rapidly, which they were not supposed to do."

Keel said that one possible explanation is that pairs of co-orbiting black holes are powering the quasars, and this could change their brightness, like using the dimmer switch on a chandelier.

The quasar beam caused the once invisible filaments in deep space to glow through a process called photoionization. Oxygen atoms in the filaments absorb light from the quasar and slowly re-emit it over many thousands of years. Other elements detected in the filaments are hydrogen, helium, nitrogen, sulfur, and neon. "The heavy elements occur in modest amounts, adding to the case that the gas originated in the outskirts of the galaxies rather than being blasted out from the nucleus," Keel said.

The green filaments are believed to be long tails of gas pulled apart like taffy under gravitational forces resulting from a merger of two galaxies. Rather than being blasted out of the quasar's black hole, these immense structures, tens of thousands of light-years long, are slowly orbiting their host galaxy long after the merger was completed.

"We see these twisting dust lanes connecting to the gas, and there's a mathematical model for how that material wraps around in the galaxy," Keel said. Potentially, you can say we're seeing it 1.5 billion years after a smaller gas-rich galaxy fell into a bigger galaxy."

The ghostly green structures are so far outside the galaxy that they may not light up until tens of thousands of years after the quasar outburst, and would likewise fade only tens of thousands of years after the quasar itself does. That's the amount of time it would take for the quasar light to reach them.

Not coincidentally, galaxy mergers would also trigger the birth of a quasar by pouring material into the central supermassive black hole.

The first "green goblin" type of object was found in 2007 by Dutch schoolteacher Hanny van Arkel. She discovered the ghostly structure in the online Galaxy Zoo project. The project has enlisted the public to help classify more than a million galaxies catalogued in the Sloan Digital Sky Survey (SDSS), and moved on to add galaxies seen in Hubble images probing the distant universe. The bizarre feature was dubbed Hanny's Voorwerp, Dutch for Hanny's object.

Because his follow-up Hubble images of Hanny's Voorwerp were so intriguing, Keel started a deliberate hunt for more bizarre objects like it. They would share the rare and striking color signature of Hanny's Voorwerp on the SDSS images.

Keel had 200 people volunteer specifically to look at over 15,000 galaxies hosting quasars. Each candidate had to have at least 10 views that collectively reveal weirdly colored clouds.

Keel's team took the galaxies that looked the most promising and further studied them by dividing their light into its component colors through a process called spectroscopy. In follow-up observations from Kitt Peak National Observatory and the Lick Observatory, his team found 20 galaxies that had gas that was ionized by radiation from a quasar, rather than from the energy of star formation. And, the clouds extended more than 30,000 light-years outside the host galaxies.

Eight of the newly discovered clouds were more energetic than would be expected given the amount of radiation coming from the host quasar, even when observed in infrared light by NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) space telescope. The host quasars were as little as one-tenth the brightness needed to provide enough energy to photoionize the gas. Keel said that presumably the brightness changes are governed by the rate at which material is falling onto the central black hole.

Keel speculated that this quasar variability might be explained if there are two massive black holes circling each other in the host galaxy's center. This could conceivably happen after two galaxies merged. A pair of black holes whirling about each other could disrupt the steady flow of infalling gas. This would cause abrupt spikes in the accretion rate and trigger blasts of radiation.

When our Milky Way galaxy merges with the Andromeda galaxy (M31) in about 4 billion years, the black holes in each galaxy could wind up orbiting each other. So in the far future, our galactic system could have its own version of Hanny's Voorwerp encircling it.

CONTACT

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4514
villard@stsci.edu

Georgia Bladon
ESA/Hubble, Garching, Germany
011-44-7816291261
gbladon@partner.eso.org

William Keel
University of Alabama, Tuscaloosa, Ala.
205-348-1641