2015. 5. 19. 22:21ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
표1> 센타우루스 A로도 알려져 있는 거대 타원은하 NGC 5128 은 이러한 유형의 은하로는 지구로부터 가장 가까운 1200만 광년 거리에 위치하고 있다.
ESO의 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)을 이용하여 이 은하 주위에서 새로운 유형에 해당하는 "검은" 구상성단을 발견하였다.
이 구상성단들이 빨간색으로 표시되어 있다.
일반적인 구상성단들은 파란색으로 표시되어 있고, 난쟁이 은하와 유사한 속성을 가진 구상성단들은 초록색으로 표시되어 있다.
이 검은 구상성단들은 은하 주위를 도는 다른 구상성단과 유사한 모습을 보이지만 훨씬 더 무거운 질량을 지니고 있다.
검은 별무리 - VLT가 새로운 유형의 구상성단을 발견하다.
ESO의 VLT를 이용한 관측에서 거대 은하 센타우루스 A 주변에서 '검은' 구상성단이라는 새로운 유형의 별무리를 발견해냈다.
이 수수께끼의 천체는 일반 별무리와 유사하게 보이지만 훨씬 많은 질량을 가지고 있어 예상밖의 암흑물질을 상당량 가지고 있거나 블랙홀을 가지고 있을 가능성이 있는데, 이것이 아니라면 무거운 질량을 설명할 방법이 없다.
구상성단은 은하 주위를 돌고 있는 수천 개의 별들로 구성된 거대한 별뭉치로서 대부분의 은하에서 발견되는 별무리이다.
또한 구상성단은 우주에서 가장 오래된 천체이며 은하의 성장 및 진화 전 시간대에 걸쳐 생존하고 있는 천체이기도 하다.
이번 논문의 주 저자는 칠레 카톨릭 대학(the Pontificia Universidad Catolica de Chile)의 박사과정 학생이자 ESO의 학생인 맷 테일러(Matt Taylor)이다.
그의 설명은 다음과 같다.
"구상성단과 그 구상성단을 구성하는 별들은 은하의 형성과 진화를 이해하는데 있어 핵심이 되는 천체들입니다.
수십 년동안 천문학자들은 이 별들이 자신이 소속되어 있는 구상성단과 동일한 연령과 화학적 조성을 공유하고 있다고 생각해왔습니다.
하지만 지금 우리는 이들이 생각보다 더 이상하고 보다 복잡한 과정을 통해 생성된 천체라는 것을 알게 되었죠."
NGC 5128로도 알려져 있는 타원은하 센타우루스 A 는 미리내와 가장 가까운 거대 은하중 하나이며 약 2천여 개의 구상성단을 품고 있을 것으로 생각되고 있다.
이 구상성단 중 상당수는 미리내 주위를 공전하고 있는 150여 개의 구상성단보다 훨씬 밝고 훨씬 무거운 구상성단이다.
맷 테일러와 그의 동료들은 센타우루스 A 주위를 돌고 있는 125개의 구상성단을 칠레 북부 파라날 천문대의 VLT에 장착된 FLAMES라는 장비를 이용하여 가장 세밀하게 연구하고 있다.[1]
천문학자들은 이 관측장비들을 이용하여 별무리의 질량을 추론하였으며[2] 그 결과를 각 별무리들의 밝기와 비교하고 있다.
관측의 대상이 되었던 별무리들 중 상당수에서는 예상대로 보다 밝은 별무리일수록 보다 많은 질량을 가지고 있다는 사실을 알 수 있었다.- 만약 별무리가 더 많은 별들을 가지고 있다면 당연히 밝기도 더 밝고 총질량도 더 클 것이다.
그런데 게중에 몇몇 구상성단들은 뭔가 이상한 상황을 보여주었다.
몇몇 구상성단들은 눈에 보이는 외양에 비해 훨씬 더 많은 질량을 가지고 있었던 것이다.
그리고 더더욱 이상한 것은 더 많은 질량을 가진 이들 독특한 별무리들에서 더 많은 검은 물질들의 파편들이 보였다는 것이다.
이 별무리 안에 있는 무언가는 어둡게 감춰져 있으면서 더 무거운 질량을 가지고 있었던 것이다.
그러다면 그것은 무엇일까?
여기에는 몇몇 가설이 있다.
검은 별무리는 그 중심에 블랙홀이나 검은 별들의 잔해를 가지고 있는것은 아닐까?
그렇다면 이는 숨겨진 질량을 설명할 수 있는 단서가 되지만 연구팀은 그것만이 전부는 아니라는 결론을 내렸다.
그렇다면 암흑물질은 아닐까?
구상성단은 일반적으로 이 수수께끼의 물질을 가지고 있지는 않다고 간주되고 있지만 뭔가 알 수 없는 이유에 의해서 몇몇 별무리들이 그 중심에 상당량의 암흑물질 덩어리를 가지게 된 것은 아닐까?
이러한 가정도 관측된 내용을 설명할 수는 있지만 이는 전통적인 이론에 들어맞지 않는다.
논문의 공동저자인 토마스 푸치아(Thomas Puzia)의 설명은 다음과 같다.
"자신들이 보유하고 있는 별들의 양보다 훨씬 큰 질량을 보여주는 별무리의 발견은 이곳에 서로다른 형성 역사를 가진 다수의 구상성단 가족이 존재할지도 모른다는 단서를 주고 있습니다.
명백하게 몇몇 별무리들은 그저 보통 별무리처럼 보입니다만 여기에는 글자그대로 눈에 보이는 것보다 훨씬 더 많은 것이 있는 것 같습니다."
이들 검은 구상성단의 정체가 무엇일지는 여전히 수수께끼로 남아 있다. 연구팀은 다른 은하에 있는 구상성단에 대해 보다 광범위한 연구를 진행하고 있으며
이와 같은 검은 별무리들이 또다른 곳에서도 발견될지도 모른다는 흥미로운 단서들이 존재한다.
맷테일러의 소감은 다음과 같다.
"우리는 우연히 수수께끼에 가득찬 새로운 유형의 별무리를 발견했습니다.
이러한 사실은 우리가 여전히 구상성단의 형성과 관련된 모든 측면에서 더 많은 것을 알아야 할 필요가 있음을 말해주고 있습니다.
이것은 정말 중요한 결과입니다. 그리고 우리는 또다른 은하들 주변에서 더 많은 검은 별무리를 발견해야 할 필요가 있습니다."
표2> 이 표는 특이은하 센타우루스 A ( NGC 5128 )가 자리잡고 있는 센타우루스 자리를 보여주고 있다.
표 상의 별들은 좋은 조건을 가진 하늘이라면 모두 맨눈으로 볼 수 있는 별들이며 센타우루스 A 는 빨간색 원으로 표시되어 있다.
센타우루스 A는 작은 아마추어 망원경으로도 충분히 볼 수 있을만큼 밝은 은하이며 심지어는 쌍안경으로도 볼 수 있다.
이보다 좀더 규모가 있는 망원경이라면 검은 띠도 선명하게 볼 수 있다.
사진 1> 거대 타원은하 센타우루스 A 의 광대역 사진
각주
[1] 지금까지 천문학자들이 동일한 정밀도로 연구해온 별무리는 모두 국부은하군에 있는 별무리들 뿐이었다.
이 구상성단들은 거리가 상대적으로 가깝다보니 질량의 직접적인 측정도 가능했다.
국부은하군 바로 바깥에 1200만 광년 거리에 위치하는 거대 질량의 타원은하인 NGC 5128을 관측하면서 천문학자들은 VLT와 FLAMES의 성능한계치까지 활용하여 완전히 다른 환경에 있는 구상성단의 질량을 측정할 수 있었다.
[2] FLAMES를 이용한 관측 결과는 별무리 내에 존재하는 별들의 움직임에 대한 정보를 제공해주었다.
중력장의 강도에 기반을 두고 있는 이러한 궤도 정보는 별무리의 질량을 추론하는데 활용될 수 있다.
천문학자들은 이같은 추정방법을 일컬어 동역학적 질량측정(dynamical masses)이라 부른다.
8.2미터의 대구경 단일 거울을 이용한 VLT의 빛 수집능력과 100개 이상의 별무리를 동시에 관측할 수 있는 FLAMES의 능력은 이번 연구에 반드시 필요한 데이터를 모으는데 핵심이 되는 조건이었다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release 2015년 5월 13일자
http://www.eso.org/public/news/eso1519/
참고 : 켄타우루스 A를 비롯한 각종 은하 및 은하단에 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
참고 : 다양한 성단에 대한 각종 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 조회할 수 있습니다.
https://big-crunch.tistory.com/12346975
원문>
eso1519 — Science Release
The Dark Side of Star Clusters
VLT discovers new kind of globular star cluster
13 May 2015
Observations with ESO’s Very Large Telescope in Chile have discovered a new class of “dark” globular star clusters around the giant galaxy Centaurus A. These mysterious objects look similar to normal clusters, but contain much more mass and may either harbour unexpected amounts of dark matter, or contain massive black holes — neither of which was expected nor is understood.
Globular star clusters are huge balls of thousands of stars that orbit most galaxies. They are among the oldest known stellar systems in the Universe and have survived through almost the entire span of galaxy growth and evolution.
Matt Taylor, a PhD student at the Pontificia Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile, and holder of an ESO Studentship, is lead author of the new study. He sets the scene: “Globular clusters and their constituent stars are keys to understanding the formation and evolution of galaxies. For decades, astronomers thought that the stars that made up a given globular cluster all shared the same ages and chemical compositions — but we now know that they are stranger and more complicated creatures.”
The elliptical galaxy Centaurus A (also known as NGC 5128) is the closest giant galaxy to the Milky Way and is suspected to harbour as many as 2000 globular clusters. Many of these globulars are brighter and more massive than the 150 or so orbiting the Milky Way.
Matt Taylor and his team have now made the most detailed studies so far of a sample of 125 globular star clusters around Centaurus A using the FLAMES instrument on ESO’s Very Large Telescope at the Paranal Observatory in northern Chile [1].
They used these observations to deduce the mass of the clusters [2] and compare this result with how brightly each of the clusters shines.
For most of the clusters in the new survey, the brighter ones had more mass in the way that was expected — if a cluster contains more stars it has greater total brightness and more total mass. But for some of the globulars something strange showed up: they were many times more massive than they looked. And even more strangely, the more massive these unusual clusters were, the greater the fraction of their material was dark. Something in these clusters was dark, hidden and massive. But what?
There were several possibilities. Perhaps the dark clusters contain black holes, or other dark stellar remnants in their cores? This may be a factor that explains some of the hidden mass, but the team concludes that it cannot be the whole story. What about dark matter? Globular clusters are normally considered to be almost devoid of this mysterious substance, but perhaps, for some unknown reason, some clusters have retained significant dark matter clumps in their cores. This would explain the observations but does not fit into conventional theory.
Co-author Thomas Puzia adds: “Our discovery of star clusters with unexpectedly high masses for the amount of stars they contain hints that there might be multiple families of globular clusters, with differing formation histories. Apparently some star clusters look like, walk like, and smell like run-of-the-mill globulars, but there may quite literally be more to them than meets the eye.”
These objects remain a mystery. The team is also engaged in a wider survey of other globular clusters in other galaxies and there are some intriguing hints that such dark clusters may also be found elsewhere.
Matt Taylor sums up the situation: “We have stumbled on a new and mysterious class of star cluster! This shows that we still have much to learn about all aspects of globular cluster formation. It’s an important result and we now need to find further examples of dark clusters around other galaxies.”
Notes
[1] Up to now astronomers have studied star clusters to this detail only in the Local Group. The relatively small distances make direct measurements of their masses possible. Looking at NGC 5128, which is an isolated, massive elliptical galaxy just outside the Local Group about 12 million light-years away, they were able to estimate masses of globular clusters in a completely different environment by pushing VLT/FLAMES to its limits.
[2] The FLAMES observations provide information about the motions of the stars in the clusters. This orbital information depends on the strength of the gravitational field and can hence be used to deduce the mass of the cluster — astronomers call such estimates dynamical masses. The light gathering power of a 8.2-metre VLT Unit Telescope mirror and FLAMES’s ability to observe more than 100 clusters simultaneously was the key to collecting the data necessary for the study.
More information
This research was presented in a paper entitled “Observational evidence for a dark side to NGC 5128’s globular cluster system”, by M. Taylor et al., to appear in the Astrophysical Journal.
The team is composed of Matthew A. Taylor (Pontificia Universidad Catolica de Chile, Santiago, Chile; ESO, Santiago, Chile), Thomas H. Puzia (Pontificia Universidad Catolica de Chile), Matias Gomez (Universidad Andres Bello, Santiago, Chile) and Kristin A. Woodley (University of California, Santa Cruz, California, USA).
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”.
Links
Contacts
Matthew A. Taylor
Pontificia Universidad Catolica de Chile
Santiago, Chile
Tel: +56-9-91912386
Email: mataylor5128@gmail.com
Thomas H. Puzia
Pontificia Universidad Catolica de Chile
Santiago, Chile
Tel: +56-9-89010007
Email: tpuzia@gmail.com
Richard Hook
ESO, Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6655
Cell: +49 151 1537 3591
Email: rhook@eso.org
'3. 천문뉴스 > 유럽남부천문대(ESO)' 카테고리의 다른 글
| 떠오르는 미리내 (0) | 2015.05.26 |
|---|---|
| 메두사성운 : 그 공포스러운 아름다움 (0) | 2015.05.25 |
| 창조의 기둥 : MUSE가 입체적으로 잡아낸 창조의 기둥 (0) | 2015.05.02 |
| 페가수스 51b (51 Pegasi b) : 가시광 스펙트럼이 직접적으로 탐지된 최초의 외계행성 (0) | 2015.04.23 |
| 안쪽에서 바깥쪽으로 퍼져나가는 거대 타원은하의 죽음. (0) | 2015.04.19 |