2015. 4. 19. 11:06ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
표1> '죽은'은하에서 별의 생성은 수십억년 전 중지되었다.
ESO의 초대형망원경과 허블우주망원경을 이용한 관측 결과는 빅뱅 이후 30억년 상관에 존재하던 이 은하들이 내부에서는 더 이상 새로운 별들을 만들어내고 있지 않지만 외곽부에서는 여전히 별들을 만들어내고 있음을 알려주었다.
별 생성의 중단은 은하 중심으로부터 시작되어 외곽으로 퍼져 나간 것으로 보인다.
이 도표는 이 과정을 묘사하고 있다.
초기 우주의 은하가 왼쪽에 위치하고 있다.
파란색은 별의 생성이 여전히 진행중인 지역이며 붉은 지역은 더 이상 새로운 별이 만들어지지 않는 '죽은'지역으로서 이곳에는 늙은 붉은 빛의 별들이 남아 있으며 더 이상 갓 태어난 푸른 별들이 존재하지 않는다.
그 결과 오늘날의 우주에서 흔히 볼 수 있는 거대 타원은하가 오른쪽에 남게 된다.
VLT와 허블우주망원경이 관측한 타원은하에서 별생성의 중지 양상
천문학자들이 "죽은"은하에서 별의 생성이 수십억년 전 중지되는 양상을 처음으로 보여주었다.
ESO의 초대형망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)과 허블우주망원경이 빅뱅이후 30억년이 지난 지점에서 외곽에서는 여전히 별이 생성되고는 있지만 내부에서는 더 이상 별이 생성되지 않고 있는 은하들을 관측하였다.
별의 생성이 멈춰진 것은 은하의 중심으로부터 시작되어 외곽으로 점점 퍼져나간 것으로 보인다.
이번 연구 결과는 2015년 4월 17일 사이언스지에 개재되었다.
천체물리학의 주요 수수께끼는 오늘날 일반적으로 존재하는 무겁고 고요한 타원은하에서 어떻게 한때 맹렬했을 별의 생성이 멈춰질 수 있었을까에 집중되어 있다.
그 외형으로 인해 종종 '타원체'로 언급되곤하는 이 거대한 은하들의 중심지역은 우리 은하 미리내와 같은 은하들보다 10배에 달하는 밀도의 별들로 채워져 있으며 그 질량도 대략 10배에 달한다.
천문학자들은 고대의 붉은 별들이 많이 발견됨에 반해 새로운 별 생성의 증거가 되는 파란 별들은 보이지 않기 때문에 이 거대한 은하들을 언급할 때, 붉고 죽은 은하로서 언급하곤 한다.
이 붉은 별들의 연령측정치는 이들이 몸담고 있는 은하가 약 100억년 전에 새로운 별의 생성을 그만두었음을 보여주고 있다.
이 정지 시점은 우주에서 새로운 별의 생성이 절정을 맞던 때이기도 하다.
당시 수많은 은하들은 여전히 오늘날보다 20배 이상 빠른 속도로 새로운 별들을 만들어내고 있었다.
이번 논문의 주저자인 취리히 국립공과대학의 산드로 타첼라(Sandro Tacchella)의 설명은 다음과 같다.
"이 무거운 타원은하들은 우주가 지금까지 만들어낸 별의 거의 반 정도를 품고 있습니다.
이 은하들이 어떻게 현재와 같은 모습이 되었는지를 이해하지 않고는 우주가 어떻게 진화하였고, 어떻게 오늘날 우리가 보는 것과 같은 곳이 되었는지를 이해했다고 말할 수 없습니다."
타첼라와 그의 동료들은 빅뱅이후 30억년이 지난 시점에 다양한 질량 범위를 가진 22개 은하들을 관측하였다.
VLT에 장착된 SINFONI 장비는 이 표본 은하들의 빛을 수집하여 이들이 새로운 별들을 대량 생산하던 지점을 정확하게 보여주었다.
SINFONI는 머나먼 은하에 대해 이처럼 정밀한 측정을 수행할 수 있는 적응 광학 시스템을 갖추고 있다.
이 시스템은 지구 대기의 어른 거리는 효과를 거의 대부분 차단해낸다.
과학자들은 또한 허블우주망원경을 활용하여 동일한 대상을 관측하였다.
허블우주망원경은 지구대기 밖에 위치한 이점을 활용할 수 있었다.
허블우주망원경의 WFC3 카메라는 근적외선으로 대상들을 촬영하여 활동적으로 새로운 별들을 만들어내는 은하 내부에서 늙은 별들의 공간적 분포를 드러내주었다.
이번 논문의 공동저자인 취리히 국립공과대학의 마르첼라 카롤로(Marcella Carollo)의 소감은 다음과 같다.
"놀라운 점은 SINFONI의 적응광학이 지구 대기의 효과를 거의 대부분 차단시켜, 이 은하들의 어느 지점에서 새로운 별들이 탄생하고 있는지에 대한 정보를 모을 수 있었다는 것입니다.
그리고 동일한 정확성을 갖는 허블우주망원경을 이용하여 별들의 질량 분포를 알 수 있게 되었죠."
이 관측 데이터에 따르면 표본으로 선정된 대부분의 무거운 타원은하들은 외곽부에서 지속적으로 새로운 별들을 생성해내고 있었다.
그러나 별들이 빽빽하게 모여있는 중심부에서 별의 생성은 더 이상 이루어지지 않았다.
이탈리아 국립천체물리연구소 산하 파도바 천문대의 알비오 렌치니( Alvio Renzini )의 소감은 다음과 같다.
"관측결과 이 무거운 은하들에서 별 생성의 중지 양상은 안쪽에서 바깥쪽으로 이루어지고 있음을 보여주었습니다.
이는 그동안 천문학자들간의 오랜 논쟁 사항이기도 했던 이 은하들의 기본 메커니즘에 서광을 비추는 것이기도 합니다."
사진 1> 허블우주망원경이 촬영한 이 사진은 IC 2006 타원은하이다.
오늘날 우주에서 일반적으로 보이는 이 무거운 타원은하들이 한때 맹렬했을 별의 생성을 멈추제 되었는지는 오늘날 천체물리학의 수수께끼이기도 하다.
선도적 이론에 의하면 별의 생성 물질은 은하 중심의 초거대질량 블랙홀이 게걸스럽게 물질들을 먹어치울 때 쏟아져나온 에너지에 의해 흩뿌려진 물질들로 보고 있다.
또다른 이론은 가스가 은하로 더 이상 흘러들어가지 않아 새로운 별 생성에 필요한 연료들이 고갈되면서 붉고 죽은 타원은하로 변해가는 것이라고 추정하고 있다.
이번 논문의 공동저자인 독일 막스 플랑크 외계물리연구소의 나타샤 포스터 슈라이버(Natascha Forster Schreiber)의 설명은 다음과 같다.
"이 무거운 타원은하들의 죽음을 설명하는 물리적 메커니즘에 대해서는 다양한 설명들이 존재합니다.
별의 생성이 중심부에서부터 중지되어 바깥쪽으로 퍼져나간다는 사실은 우주가 어떻게 현재와 같은 모습으로 진화해왔는지를 이해하는데 매우 중요한 진전이라 할 수 있습니다."
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release 2015년 4월 16일자
http://www.eso.org/public/news/eso1516/
참고 : 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
원문>
eso1516 — Science Release
Giant Galaxies Die from the Inside Out
VLT and Hubble observations show that star formation shuts down in the centres of elliptical galaxies first
16 April 2015
Astronomers have shown for the first time how star formation in “dead” galaxies sputtered out billions of years ago. ESO’s Very Large Telescope and the NASA/ESA Hubble Space Telescope have revealed that three billion years after the Big Bang, these galaxies still made stars on their outskirts, but no longer in their interiors. The quenching of star formation seems to have started in the cores of the galaxies and then spread to the outer parts. The results will be published in the 17 April 2015 issue of the journal Science.
A major astrophysical mystery has centred on how massive, quiescent elliptical galaxies, common in the modern Universe, quenched their once furious rates of star formation. Such colossal galaxies, often also called spheroids because of their shape, typically pack in stars ten times as densely in the central regions as in our home galaxy, the Milky Way, and have about ten times its mass.
Astronomers refer to these big galaxies as red and dead as they exhibit an ample abundance of ancient red stars, but lack young blue stars and show no evidence of new star formation. The estimated ages of the red stars suggest that their host galaxies ceased to make new stars about ten billion years ago. This shutdown began right at the peak of star formation in the Universe, when many galaxies were still giving birth to stars at a pace about twenty times faster than nowadays.
“Massive dead spheroids contain about half of all the stars that the Universe has produced during its entire life,” said Sandro Tacchella of ETH Zurich in Switzerland, lead author of the article. “We cannot claim to understand how the Universe evolved and became as we see it today unless we understand how these galaxies come to be.”
Tacchella and colleagues observed a total of 22 galaxies, spanning a range of masses, from an era about three billion years after the Big Bang [1]. The SINFONI instrument on ESO’s Very Large Telescope (VLT) collected light from this sample of galaxies, showing precisely where they were churning out new stars. SINFONI could make these detailed measurements of distant galaxies thanks to its adaptive optics system, which largely cancels out the blurring effects of Earth’s atmosphere.
The researchers also trained the NASA/ESA Hubble Space Telescope on the same set of galaxies, taking advantage of the telescope’s location in space above our planet’s distorting atmosphere. Hubble’s WFC3 camera snapped images in the near-infrared, revealing the spatial distribution of older stars within the actively star-forming galaxies.
“What is amazing is that SINFONI’s adaptive optics system can largely beat down atmospheric effects and gather information on where the new stars are being born, and do so with precisely the same accuracy as Hubble allows for the stellar mass distributions,” commented Marcella Carollo, also of ETH Zurich and co-author of the study.
According to the new data, the most massive galaxies in the sample kept up a steady production of new stars in their peripheries. In their bulging, densely packed centres, however, star formation had already stopped.
“The newly demonstrated inside-out nature of star formation shutdown in massive galaxies should shed light on the underlying mechanisms involved, which astronomers have long debated,” says Alvio Renzini, Padova Observatory, of the Italian National Institute of Astrophysics.
A leading theory is that star-making materials are scattered by torrents of energy released by a galaxy’s central supermassive black hole as it sloppily devours matter. Another idea is that fresh gas stops flowing into a galaxy, starving it of fuel for new stars and transforming it into a red and dead spheroid.
“There are many different theoretical suggestions for the physical mechanisms that led to the death of the massive spheroids,” said co-author Natascha Förster Schreiber, at the Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik in Garching, Germany. “Discovering that the quenching of star formation started from the centres and marched its way outwards is a very important step towards understanding how the Universe came to look like it does now.”
Notes
[1] The Universe’s age is about 13.8 billion years, so the galaxies studied by Tacchella and colleagues are generally seen as they were more than 10 billion years ago.
More information
This research was presented in a paper entitled “Evidence for mature bulges and an inside-out quenching phase 3 billion years after the Big Bang” by S. Tacchella et al., to appear in the journal Science on 17 April 2015.
The team is composed of Sandro Tacchella (ETH Zurich, Switzerland), Marcella Carollo (ETH Zurich), Alvio Renzini (Italian National Institute of Astrophysics, Padua, Italy), Natascha Förster Schreiber (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Germany), Philipp Lang (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik), Stijn Wuyts (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik), Giovanni Cresci (Istituto Nazionale di Astrofisica), Avishai Dekel (The Hebrew University, Israel), Reinhard Genzel (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik and University of California, Berkeley, California, USA), Simon Lilly (ETH Zurich), Chiara Mancini (Italian National Institute of Astrophysics), Sarah Newman (University of California, Berkeley, California, USA), Masato onodera (ETH Zurich), Alice Shapley (University of California, Los Angeles, USA), Linda Tacconi (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, Garching, Germany), Joanna Woo (ETH Zurich) and Giovanni Zamorani (Italian National Institute of Astrophysics, Bologna, Italy).
ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It is supported by 16 countries: Austria, Belgium, Brazil, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile. ESO carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities enabling astronomers to make important scientific discoveries. ESO also plays a leading role in promoting and organising cooperation in astronomical research. ESO operates three unique world-class observing sites in Chile: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope, the world’s most advanced visible-light astronomical observatory and two survey telescopes. VISTA works in the infrared and is the world’s largest survey telescope and the VLT Survey Telescope is the largest telescope designed to exclusively survey the skies in visible light. ESO is a major partner in ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre European Extremely Large Telescope, the E-ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.
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Sandro Tacchella
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Email: marcella@phys.ethz.ch
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