2015. 4. 11. 21:43ㆍ3. 천문뉴스/허블사이트
그림1> 이 상상화는 100억년 전 젊은 미리내에 있는 가상의 행성에서 바라본 밤하늘을 묘사해본 것이다.
하늘이 온통 새로운 별 탄생의 화염으로 가득차 있다.
수소가스로 이루어진 분홍빛으로 불타오르는 구름은 수없이 많은 별들을 품고 있으며 청백색의 어린 별무리들이 여기저기 흩어져 있다.
이 당시 별이 생성되는 비율은 오늘날 미리내의 별생성비율보다 30배나 높았다.
그러나 우리 태양은 이 당시 존재하지도 않았다.
우리 별 태양은 50억년이 더 지날때까지도 탄생하지 않은 별이다.
다양한 천문대에서 이루어지고 있는 가장 포괄적인 은하 관측 프로그램 중 하나에서 천문학자들이 놀라운 속도로 별들을 대량 생산해내고 있는 은하들을 발견해냈다.
이 은하들이 별을 만들어내고 있는 속도는 오늘날 관측되는 것보다 30배 이상 빠른 속도였다.
우리 태양의 경우는 베이비 붐의 마지막 세대에 속한다.
미리내가 별 생성의 정점을 찍은 시기는 100억년 전이었다.
그런데 우리 태양의 경우는 이보다 훨씬 늦어, 약 50억년 전에서나 이 파티에 참여할 수 있었다.
50억년 전에는 미리내가 별들을 생성해내는 비율이 뚝 떨어졌다.
그러나 파티에 참여하지 못하게 된 것이 그리 나쁜 일만은 아니다.
태양의 늦은 출연은 실제로 태양계에서 행성 형성을 촉진할 수 있는 계기가 되었다.
수소나 헬륨보다 무거운 원소들은 보다 무거운 별들이 일찍 삶을 마치게 되면서 별들이 대량 생성되던 시기의 후반에 더더욱 풍부하게 존재하게 되어 행성의 형성을 위한 벽돌로서 그리고 심지어는 지구 생명체의 주재료로서 활용될 수 있게 되었다.
천문학자들은 미리내의 별생성 역사를 추적할 수 있는 초기의 사진을 가지고 있지는 않지만, 깊은 우주에서 발견되는 미리내와 유사한 질량을 가진 은하들을 연구함으로써 그 연대기를 재구성할 수는 있다.
더 머나먼 우주를 바라볼수록 시간적으로는 더 머나먼 과거를 바라보는 것이다.
이는 별빛이 오랜시간을 지나 이제막 지구에 도착한 것이기 때문이다.
과거 100억년까지 거슬러 올라가는 관측을 통해 과학자들은 거의 2천장에 육박하는 미리내를 닮은 은하들의 사진집을 만들어냈다.
이번 조사를 통해 미리내와 같은 은하들이 지난 100억년 동안 어떤 성장과정을 거쳐 오늘날과 같은 거대한 나선은하가 되었는지에 대한 가장 완벽한 사진들을 제공하게 되었다.
사진1> 허블우주망원경이 촬영한 이 6장의 사진은 미리내와 유사한 질량을 가진 은하가 어떻게 진화해가는지를 보여주고 있다.
이 사진들을 통해 미리내와 같은 은하들의 크기와 별의 질량이 수십억년동안 증가되어가는 양상을 볼 수 있다.
가장 오른쪽에 있는 은하는 113억 전에 소규모, 고밀도로 뭉쳐 있는 어린 은하로서, 이때 우주의 나이는 고작 25억년밖에 되지 않은 상태이다.
청백색의 불꽃은 이 어린은하가 중력에 의해 압축된 가스의 저장고들이 많아지면서 수많은 별들이 탄생하고 있음을 알려주고 있는 것이다.
이러한 별생성은 103억년 전(사진 중앙) 절정을 맞게 된다.
별들의 베이비 붐이라 할 수 있는 이 당시의 별 생성 비율은 오늘 날 미리내에서보다 30배 이상 빠른 수준이었다.
은하의 노란빛은 대부분 별들이 지속적으로 생성되고 있는 곳이 먼지와 가스에 의해 가려진 것으로 생각된다.
최종적으로 이 은하들은 별 생성의 원료가 되는 가스들이 모두 고갈되었다.
89억 광년 전에 이 은하들은 나선형 모양을 띠게 되며 늙은 별들은 은하의 중심지역에 자리잡게 된다.
거의 30억년 후 이 은하들은 훨씬더 몸집을 키우게 된다.
이 은하들은 주로 늙은 별들이 장악하고 있어 전반적으로 붉은 빛을 띠게 된다.
사진들은 여러 천문대가 참여한 가장 포괄적인 은하 관측의 일환으로 촬영된 사진 중 일부이다.
시간상으로는 100억년 이전까지 거슬러 올라가며 이를 통해 촬영한 미리내와 유사한 은하의 총 수는 거의 2천여 개에 달한다.
이 사진들이 촬영된 것은 2010년에서 2012년 사이이며 '근적외선을 이용한 깊은 우주의 외계은하의 조합탐사 (the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey, 이하 CANDELS)'에 참여한 허블우주망원경의 WFC3와 ACS를 이용하여 촬영한 것이다.
자외선부터 원적외선에 이르는 다양한 파장을 이용한 관측에는 NASA의 허블우주망원경 및 스피처우주망원경, 유럽우주국의 허셜우주망원경과 칠레 라스 깜파나스 천문대의 마젤란바데망원경(the Magellan Baade Telescope)을 포함한 지상에 위치한 망원경들이 참여하였다.
이번 연구 결과를 기술한 논문의 주저자인 텍사스 A&M 대학의 케이지 파포비치(Casey Papovich)의 설명은 다음과 같다.
"이번 연구는 우리로 하여금 과거의 미리내가 어떤 모습이었을지를 볼 수 있게 해 주었습니다.
지난 100억년 동안 이 은하들은 별들의 질량에 있어 대단히 큰 변화를 수행해왔고, 10배 이상 규모를 키워왔습니다.
이는 이 은하들이 성장해 왔다는 이론을 확정해 주는 것입니다.
그리고 별의 질량이 증가되어온 사건의 대부분은 처음 50억년에 집중되어 있습니다."
이번 연구 결과는 미리내와 같은 은하들이 처음에는 작은 별뭉치로부터 시작되었다는 이전의 연구결과를 재확증하는 결과이다.
작은 은하들이 스스로 엄청난 양의 가스들을 집어삼키고 이 가스들이 점화되면서 폭발적인 별의 생성을 야기시킨 것이다.
이번 연구는 은하의 별 생성과 질량의 증가 양상 사이에 강력한 상관관계가 있음을 밝혀주었다.
또한 관측을 통해 별의 생성이 늦춰질수록 은하의 성장 역시 감소된다는 것이 드러났다.
파포비치의 설명은 다음과 같다.
"저는 이러한 결과가 미리내와 같은 은하는 별의 생성을 통해 몸집을 키워나간다고 말할 수 있는 증거라고 생각합니다.
미리내와 같은 은하에서 과거 별의 생성 비율을 계산했을 때, 그리고 여기에 그 은하에서 만들어졌을 별들을 모두 더했을 때 우리가 예상했던 질량의 증가치와 매우 잘 맞아 떨어졌습니다.
저에게 있어 이것이 의미하는 것은 우리가 미리내와 비슷한 질량을 가진 '보통' 은하의 성장을 이해할 수 있게 되었다는 것입니다.
미리내와 비슷한 은하로 성장할 원시은하는 24,000개 이상의 은하들을 대상으로 선별되었다.
이 은하들은 '근적외선을 이용한 깊은 우주의 외계은하 조합탐사(the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey, 이하 CANDELS)'로 작성된 목록에 담겨 있는 은하들로서 CANDELS 에는 허블우주망원경과 마젤란 망원경의 최고급은하진화탐사(the FourStar Galaxy Evolution Survey., 이하 ZFOURGE)가 참여하였다.
천문학자들은 ZFOURGE와 CANDELS, 스피처우주망원경의 근적외선 데이터를 이용하여 은하가 품고 있는 별들의 질량을 연구했다.
CANDELS 프로그램에 의해 만들어진 허블의 사진들은 은하의 크기와 이들의 진화양상에 대한 구조적 정보들을 제공해 주었다.
스피처 우주망원경과 허셜우주망원경의 원적외선 관측데이터는 별의 생성비율을 추적할 수 있는 자료가 되었다.
연구팀의 연구결과는 2015년 4월 9일 아스트로피지컬 저널에 개재되었다.
출처 : 허블사이트 2015년 4월 9일 발표 뉴스
http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2015/11/
참고 : 우리은하 미리내를 비롯한 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
- 은하 일반 : https://big-crunch.tistory.com/12346976
- 은하단 및 은하군 : https://big-crunch.tistory.com/12346978
- 은하 충돌 : https://big-crunch.tistory.com/12346977
원문>
News Release Number: STScI-2015-11
Our Sun Came Late to the Milky Way's Star-Birth Party
In one of the most comprehensive multi-observatory galaxy surveys yet, astronomers find that galaxies like our Milky Way underwent a stellar "baby boom," churning out stars at a prodigious rate, about 30 times faster than today.
Our Sun, however, is a late "boomer." The Milky Way's star-birthing frenzy peaked 10 billion years ago, but our Sun was late for the party, not forming until roughly 5 billion years ago. By that time the star formation rate in our galaxy had plunged to a trickle.
Missing the party, however, may not have been so bad. The Sun's late appearance may actually have fostered the growth of our solar system's planets. Elements heavier than hydrogen and helium were more abundant later in the star-forming boom as more massive stars ended their lives early and enriched the galaxy with material that served as the building blocks of planets and even life on Earth.
Astronomers don't have baby pictures of our Milky Way's formative years to trace the history of stellar growth. Instead, they compiled the story from studying galaxies similar in mass to our Milky Way, found in deep surveys of the universe. The farther into the universe astronomers look, the further back in time they are seeing, because starlight from long ago is just arriving at Earth now. From those surveys, stretching back in time more than 10 billion years, researchers assembled an album of images containing nearly 2,000 snapshots of Milky Way-like galaxies.
The new census provides the most complete picture yet of how galaxies like the Milky Way grew over the past 10 billion years into today's majestic spiral galaxies. The multi-wavelength study spans ultraviolet to far-infrared light, combining observations from NASA's Hubble and Spitzer space telescopes, the European Space Agency's Herschel Space Observatory, and ground-based telescopes, including the Magellan Baada Telescope at the Las Campanas Observatory in Chile.
"This study allows us to see what the Milky Way may have looked like in the past," said Casey Papovich of Texas A&M University in College Station, lead author on the paper that describes the study's results. "It shows that these galaxies underwent a big change in the mass of its stars over the past 10 billion years, bulking up by a factor of 10, which confirms theories about their growth. And most of that stellar-mass growth happened within the first 5 billion years of their birth."
The new analysis reinforces earlier research that showed Milky Way-like galaxies began as small clumps of stars. The diminutive galaxies built themselves up by swallowing large amounts of gas that ignited a firestorm of star birth.
The study reveals a strong correlation between the galaxies' star formation and their growth in stellar mass. Observations revealed that as the star-making factories slowed down, the galaxies' growth decreased as well. "I think the evidence suggests that we can account for the majority of the buildup of a galaxy like our Milky Way through its star formation," Papovich said. "When we calculate the star-formation rate of a Milky Way galaxy and add up all the stars it would have produced, it is pretty consistent with the mass growth we expected. To me, that means we're able to understand the growth of the 'average' galaxy with the mass of a Milky Way galaxy."
The astronomers selected the Milky Way-like progenitors by sifting through more than 24,000 galaxies in the entire catalogs of the Cosmic Assembly Near-infrared Deep Extragalactic Legacy Survey (CANDELS), taken with Hubble, and the FourStar Galaxy Evolution Survey (ZFOURGE), made with the Magellan telescope.
They used the ZFOURGE, CANDELS, and Spitzer near-infrared data to study the galaxy stellar masses. The Hubble images from the CANDELS survey also provided structural information about galaxy sizes and how they evolved. Far-infrared light observations from Spitzer and Herschel helped the astronomers trace the star-formation rate.
The team's results will appear in the April 9 issue of The Astrophysical Journal.
CONTACT
Donna Weaver / Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
410-338-4493 / 410-338-4514
dweaver@stsci.edu / villard@stsci.edu
Casey Papovich
Texas A&M University, College Station, Texas
979-862-2704
papovich@tamu.edu
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