IC 342 : 은하 자기장을 통해 은하의 형성과 진화에 대한 단서를 추적하다.

 

CREDIT: R. Beck, MPIfR; NRAO/AUI/NSF; graphics: U. Klein, AIfA; Background image: T.A. Rector, University of Alaska Anchorage and H. Schweiker, WIYN; NOAO/AURA/NSF.

 

사진 1> 이 사진은 VLA와 에펠스버그 망원경의 관측 데이터를 이용하여 만들어낸 IC 342의 전파 및 가시광선 사진이다.

사진 상의 선들은 이 은하내의 자기장 방향을 나타내고 있다.

 

 

CREDIT: R. Beck, MPIfR.

 

사진2> IC 342를 촬영한 에펠스버그 전파망원경의 거대규모 사진, 사진 상의 선들은 자기장의 방향을 나타낸다.

 

천문학자들이 여러개의 망원경을 이용하여 가까운 이웃 은하를 세밀하게 연구함으로써 은하의 주요 나선팔 주위를 휘감고 있는 자기장을 발견해냈다.

이번 발견은 은하의 나선팔이 어떻게 형성되었는지를 설명하는데 도움을 줄 것이라고 한다.

 

이번 연구는 또한 블랙홀을 품고 있을 가능성이 있는 은하의 중심지역을 향해 가스들이 어떻게 집중되어 쏟아져들어가는지를 알려주기도 한다.

 

독일 막스플랑크 전파 천문 연구소의 라이너 벡(Rainer Beck)은 이번 연구가 은하가 어떻게 형성되고 진화하는지에 대한 주요한 질문들을 푸는데 도움을 줄 것이라고 말했다.

 

과학자들은 국립과학재단의 칼 G.얀스키 초대형 배열(Very Large Array, 이하 VLA)과 독일 막스플랑크 전파천문연구소의 에펠스버그 100미터 전파망원경을 이용하여  IC 342 라는 1천만 광년 거리에 존재하는 은하를 연구하였다.

 

이 두 개 전파망원경을 통해 수집한 데이터를 합치자 이 은하의 자기장 구조가 그 모습을 드러냈다.

이 놀라운 결과는 나선형으로 꼬인 거대한 고리가 은하의 주요 나선팔을 휘감고 있는 모습을 보여주었다.

이전에는 일체 관측된 바 없는 이러한 구조는 나선팔 주위를 흐르는 가스에 영향을 미칠만큼 충분히 강력하다.

 

벡의 설명은 다음과 같다.
"나선팔은 원래 오직 중력의 영향으로만 형성되었다고 보기는 어려운 상황이었습니다. 

이번에 새로 밝혀진 IC 342의 데이터들은 자기장이야말로 나선팔을 형성하는데 중요한 역할을 수행한다는 것을 알려주고 있습니다."

 

이번 관측은 이 은하의 또 다른 측면에 대한 단서를 제공해주기도 했다.
그것은 이 은하의 중심 지역에 블랙홀이 있을지도 모른다는 것과 왕성하게 새로운 별들을 생성해내고 있다는 것이었다.

 

이처럼 높은 비율의 별 생성이 유지되기 위해 필요한 것은 은하 외곽부의 가스들이 지속적으로 은하 중심지역으로 흘러들어와야 한다는 것이다.

벡의 설명은 다음과 같다.
"이 은하의 안쪽지역에 도열해선 자기장은 은하의 중심부를 향하고 있고 따라서 가스를 중심부로 끌어오는 작용을하고 있을 것으로 생각됩니다."

 

과학자들은 은하의 자기장 구조를 그려내기 위해 은하에서 복사되는 전파의 방향 또는 편광성을 측정한다.

전파의 방향은 자기장과 수직을 이룬다.

 

여러 파장에서 관측을 수행하면 지구에서 바라보는 시선각도를 따라, 별사이 우주 공간의 자기장을 통과함에 따라 발생한 편광면의 회전을 교정할 수 있게 된다.

넓은 화각을 지닌 에펠스버그 망원경의 데이터는 IC 342의 전체 확장 영역을 보여주었는데 만일 미리내에 속하는 먼지 구름이 IC 342의 가시광 대역을 부분적으로 막아서는 것이 아니었다면, 이 은하의 전체 모습은 밤하늘에서 보름달 크기만큼이나 크게 보였을 것이다.

한편 VLA의 고해상도 데이터는 이 은하에 대해 훨씬 자세한 모습을 볼 수 있게 해 주었다.

자기장의 양상을 보여주는 마지막 사진은 24시간 분량에 달하는 VLA 관측 데이터 및 30시간 분량의 에펠스버그 데이터를 합성하여 만들어졌다.

 

벡을 포함한 막스플랑크 전파천문연구소의 과학자들은 1978년 에펠스버그 천문대에서 안드로메다 은하에 대한 관측을 시작하면서 처음으로 은하에서 복사되는 편광된 라디오파를 감지하였다.

또 한명의 막스플랑크 전파천문연구소의 과학자인 마리타 크라우세(Marita Krause)는 1989년 VLA를 이용하여 처음으로 IC 342를 포함한 은하의 편광된 라디오파를 관측하였다.
IC 342는 안드로메다 은하(M31)와 삼각형자리 은하(M33) 다음으로 지구와 가까운 거리에 위치하는 나선은하이다.

 

벡은 이번 연구 결과를 천문학 및 천체물리학 저널(the journal Astronomy & Astrophysics)을 통해 발표하였다.

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2015년 6월 18일자 
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/galaxy-magnetic-field
         
참고 : IC 342를 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>

18 June 2015

Magnetic-Field Discovery Gives Clues to Galaxy-Formation Processes

Astronomers making a detailed, multi-telescope study of a nearby galaxy have discovered a magnetic field coiled around the galaxy's main spiral arm. The discovery, they said, helps explain how galactic spiral arms are formed. The same study also shows how gas can be funneled inward toward the galaxy's center, which possibly hosts a black hole.

"This study helps resolve some major questions about how galaxies form and evolve," said Rainer Beck, of the Max-Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), in Bonn, Germany.

The scientists studied a galaxy called IC 342, some 10 million light-years from Earth, using the National Science Foundation's Karl G. Jansky Very Large Array (VLA), and the MPIfR's 100-meter Effelsberg radio telescope in Germany. Data from both radio telescopes were merged to reveal the magnetic structures of the galaxy.

The surprising result showed a huge, helically-twisted loop coiled around the galaxy's main spiral arm. Such a feature, never before seen in a galaxy, is strong enough to affect the flow of gas around the spiral arm.

"Spiral arms can hardly be formed by gravitational forces alone," Beck said. "This new IC 342 image indicates that magnetic fields also play an important role in forming spiral arms."

The new observations provided clues to another aspect of the galaxy, a bright central region that may host a black hole and also is prolifically producing new stars. To maintain the high rate of star production requires a steady inflow of gas from the galaxy's outer regions into its center.

"The magnetic field lines at the inner part of the galaxy point toward the galaxy's center, and would support an inward flow of gas," Beck said.

The scientists mapped the galaxy's magnetic-field structures by measuring the orientation, or polarization, of the radio waves emitted by the galaxy. The orientation of the radio waves is perpendicular to that of the magnetic field. Observations at several wavelengths made it possible to correct for rotation of the waves' polarization plane caused by their passage through interstellar magnetic fields along the line of sight to Earth.

The Effelsberg telescope, with its wide field of view, showed the full extent of IC 342, which, if not partially obscured to visible-light observing by dust clouds within our own Milky Way Galaxy, would appear as large as the full moon in the sky. The high resolution of the VLA, on the other hand, revealed the finer details of the galaxy. The final image, showing the magnetic field, was produced by combining five VLA images made with 24 hours of observing time, along with 30 hours of data from Effelsberg.

Scientists from MPIfR, including Beck. were the first to detect polarized radio emission in galaxies, starting with Effelsberg observations of the Andromeda Galaxy in 1978. Another MPIfR scientist, Marita Krause, made the first such detection with the VLA in 1989, with observations that included IC 342, which is the third-closest spiral galaxy to Earth, after the Andromeda Galaxy (M31) and the Triangulum Galaxy (M33).

Beck reported the results of the research in the journal Astronomy & Astrophysics.

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

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