2015. 6. 26. 23:13ㆍ3. 천문뉴스/유럽남부천문대(ESO)
사진 1> 오랜 동안의 노출을 이용하여 촬영한 이 사진에는 거대한 타원은하 M87을 둘러싸고 있는 거대한 테무리(헤일로)의 모습이 담겨 있다.
이 테무리의 상단 오른쪽에 보이는 빛의 초과 양상과 이 은하 내의 행성상성운들의 움직임은 최근 M87과 중간 크기의 은하의 충돌이 있었음을 말해주는 표식이다.
이 사진은 처녀자리 은하단을 구성하고 있는 수많은 다른 은하들도 보여주고 있다.
이 중에서 M87은 가장 거대한 은하에 속한다.
특별히 사진 상단 오른쪽에 보이는 두 개의 거대한 은하는 "눈(the Eyes)"이라는 별명을 가지고 있는 은하이다.
ESO의 초대형망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)을 이용한 새로운 관측에 의하면 거대 타원은하인 M87이 지난 십억년동안 중간 규모의 은하를 완전히 집어삼킨 것으로 밝혀졌다.
연구팀은 사상 처음으로 300개의 행성상성운의 움직임을 추적하여 이러한 사건의 명백한 증거를 찾았으며 완전하게 집어삼켜진 은하의 잔해로부터 오는 빛의 초과 양상에 대한 증거를 발견했다.
천문학자들은 은하가 보다 작은 은하들을 집어삼키면서 성장하는 것으로 예상하고 있다.
그런데 이 증거를 찾기가 일반적으로 쉽지가 않다. - 이것은 마치 유리잔에서 연못으로 떨어진 물을 따로 구분하기 힘든것과 마찬가지이다.
큰 은하에 빨려 들어간 작은 은하의 별들 역시 원래 은하의 별들과 거의 동일하기 때문에 따로 그 흔적이 남지 않게 되는 것이다.
독일 막스 플랑크 외계물리 연구소의 박사과정에 있는 알레시아 롱고바르디(Alessia Longobardi )가 이끄는 천문학 연구팀은 거대 타원은하 M87이 10억년 전 작은 나선은하를 집어삼켰음을 명확하게 보여주기 위해 기발한 관측기술을 적용하였다.
알레시아 롱고바르디의 소감은 다음과 같다.
"이번 연구 결과는 우주에서 가장 거대하고 밝은 구조에 해당하는 은하가 근본적인 방법으로 성장을 계속해 나가고 있음을 보여주는 것입니다.
은하들은 결코 멈추지 않죠.
M87의 테무리 외곽 상당 부분에서 만약 충돌이 발생하지 않았을 경우에 나타날 것으로 예상되는 밝기보다 두 배 이상 높은 밝기의 빛이 관측되었습니다."
M87은 처녀자리 은하단의 중심부에 위치하고 있다.
태양질량의 1조배 이상의 질량을 가진 광활한 별뭉치인 이 은하는 5천만 광년 거리에 위치하고 있다.
M87의 별들을 관측하는 대신 - 말 그대로 수십억개에 달하는 별들은 너무나 희미하고 숫자도 너무 많아서 하나하나를 연구하기는 불가능하다. - 연구팀은 늙은 별 주위에 빛나는 껍질을 형성한 행성상성운을 관측하였다[1].
이 천체들은 연한 청록색 대역에서 가장 밝게 빛나기 때문에 주변의 별들로부터 쉽게 구분된다.
강력한 분광기를 이용하여 이 성운의 빛을 주의깊게 관측하면 움직임 또한 알 수 있게 된다. [2]
사진 2> 사진에 표시된 빨간색과 파란색 점은 M87이 최근 다른 은하와 충돌을 겪었으며 이 와중에 해당 은하는 M87에 완전히 합병되었음을 알 수 있는 움직임을 보이고 있는 행성상성운들의 위치를 표시한 것이다.
빨간색 점은 우리로부터 멀어져가는 행성상성운들이며 파란색 점은 은하 전체와 함께 우리쪽으로 다가오고 있는 행성상성운을 표시한 것이다.
유리잔에서 연못으로 떨어진 물은 눈으로는 구분될 수 없겠지만 아마도 잔물결은 일으킬 수 있을 것이고 만약 연못에 진흙이 섞여 있다면 작은 소요쯤은 일어날 수 있을 것이다.
이와 유사하게 VLT에 장착된 FLAMES 분광기를 이용하여 행성상성운들의 움직임을 통해 과거 충돌의 단서를 제공받을 수 있는 것이다.
막스 플랑크 외계물리연구소의 역학 그룹 책임자이자 이번 연구논문의 공동저자인 오트빈 게하르드(Ortwin Gerhard)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 중간 크기의 은하가 M87의 중심부를 통과하며 추락한 위치에서 거대한 중력 조석작용의 결과로 최근에 발생한 단일 강착 현상을 목격할 수 있었습니다.
그리고 이렇게 빨려든 은하에 자리잡고 있었던 별들은 원래 배치보다 100배다 더 광활한 영역으로 퍼져나간 상태입니다."
연구팀은 또한 M87의 외곽부에 존재하는 빛의 분포를 매우 주의깊게 살펴보았으며 과거 M87에 삼켜진 은하의 별들로부터 발생하는 여분의 빛이 있다는 증거를 발견하였다.
이번 관측을 통해 M87에 삼켜진 은하가 M87에 비교적 젊고 푸른 빛의 별을 추가시켰다는 사실을 보여주고 있기 때문에 M87에 삼켜진 은하는 별의 생성이 진행중이던 나선은하였을 것으로 추측하고 있다.
이번 논문의 공동저자인 마그다 아나볼디(Magda Arnaboldi)의 결론은 다음과 같다.
"수십만광년에 달하는 은하의 테무리 속에 흩어져 있는 별들을 식별해낼 수 있다는 것은 정말 흥미로운 일이죠.
그러나 이 별들의 속도로 보건대 이 별들은 하나의 공통된 천체 속에 속해 있는 별들이었죠.
초록색의 행성상성운들은 이러한 금빛 별의 건초 더미 속에 숨겨져 있는 바늘과 같은 천체들입니다.
그리고 이 희귀한 천체들이야말로 이 별들에게 무슨 일이 있었던 것인지를 말해주는 단서를 쥐고 있습니다."
표 1> 이 표는 처녀자리 은하단에 자리잡은 거대 은하 M87의 위치를 보여주고 있다.
여기에 표시된 별 대부분은 관측에 괜찮은 조건이라면 맨눈으로도 볼 수 있는 별들이다.
각주
[1] 행성상성운은 태양과 같은 별이 삶의 마지막 단계에 접어들면서 만들어지는 것으로 이들은 몇 개 되지 않는 분광 선을 통해 에너지의 상당 부분을 복사하고 있으며 특히 스펙트럼의 초록색 부분에서 가장 밝게 빛난다.
이와 같은 이유로 이 천체들은 5천만 광년 거리의 M87에서 개개 별의 움직임을 측정할 수 있는 천체가 되는 것이다.
이들은 마치 초록색 신호등처럼 행동하며 이를 통해 이들의 위치와 움직이는 속도에 대한 정보를 알 수 있게 된다.
[2] 이 행성상성운들 역시 매우 희미하기 때문에 VLT를 이용한 관측에서도 VLT의 모든 능력이 총동원되어야 한다.
M87의 테무리에 자리잡고 있는 전형적인 행성상성운에서 복사되는 빛은 지구에서 금성에 켜 놓은 두 개의 60와트짜리 전구의 빛을 바라보는 것에 비유될 수 있다.
출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Press Release 2015년 6월 25일자
http://www.eso.org/public/news/eso1525/
참고 : M87을 비롯한 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 통해 확인할 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>
eso1525 — Science Release
Giant Galaxy is Still Growing
Messier 87 has swallowed an entire galaxy in the last billion years
25 June 2015
New observations with ESO’s Very Large Telescope have revealed that the giant elliptical galaxy Messier 87 has swallowed an entire medium-sized galaxy over the last billion years. For the first time a team of astronomers has been able to track the motions of 300 glowing planetary nebulae to find clear evidence of this event and also found evidence of excess light coming from the remains of the totally disrupted victim.
Astronomers expect that galaxies grow by swallowing smaller galaxies. But the evidence is usually not easy to see — just as the remains of the water thrown from a glass into a pond will quickly merge with the pond water, the stars in the infalling galaxy merge in with the very similar stars of the bigger galaxy leaving no trace.
But now a team of astronomers led by PhD student Alessia Longobardi at the Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany has applied a clever observational trick to clearly show that the nearby giant elliptical galaxy Messier 87 merged with a smaller spiral galaxy in the last billion years.
"This result shows directly that large, luminous structures in the Universe are still growing in a substantial way — galaxies are not finished yet!" says Alessia Longobardi. "A large sector of Messier 87's outer halo now appears twice as bright as it would if the collision had not taken place."
Messier 87 lies at the centre of the Virgo Cluster of galaxies. It is a vast ball of stars with a total mass more than a million million times that of the Sun, lying about 50 million light-years away.
Rather than try to look at all the stars in Messier 87 — there are literally billions and they are too faint and numerous be studied individually — the team looked at planetary nebulae, the glowing shells around ageing stars [1]. Because these objects shine very brightly in a specific hue of aquamarine green, they can be distinguished from the surrounding stars. Careful observation of the light from the nebulae using a powerful spectrograph can also reveal their motions [2].
Just as the water from a glass is not visible once thrown into the pond — but may have caused ripples and other disturbances that can be seen if there are particles of mud in the water — the motions of the planetary nebulae, measured using the FLAMES spectrograph on the Very Large Telescope, provide clues to the past merger.
"We are witnessing a single recent accretion event where a medium-sized galaxy fell through the centre of Messier 87, and as a consequence of the enormous gravitational tidal forces, its stars are now scattered over a region that is 100 times larger than the original galaxy!" adds Ortwin Gerhard, head of the dynamics group at the Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany, and a co-author of the new study.
The team also looked very carefully at the light distribution in the outer parts of Messier 87 and found evidence of extra light coming from the stars in the galaxy that had been pulled in and disrupted. These observations have also shown that the disrupted galaxy has added younger, bluer stars to Messier 87, and so it was probably a star-forming spiral galaxy before its merger.
"It is very exciting to be able to identify stars that have been scattered around hundreds of thousands of light-years in the halo of this galaxy — but still to be able to see from their velocities that they belong to a common structure. The green planetary nebulae are the needles in a haystack of golden stars. But these rare needles hold the clues to what happened to the stars," concludes co-author Magda Arnaboldi (ESO, Garching, Germany).
Notes
[1] Planetary nebulae form as Sun-like stars reach the ends of their lives, and they emit a large fraction of their energy in just a few spectral lines, the brightest of which is in the green part of the spectrum. Because of this, they are the only single stars whose motions can be measured at Messier 87's distance of 50 million light-years from Earth. They behave like beacons of green light and as such they tell us where they are and at what velocity they are travelling.
[2] These planetary nebulae are still very faint and need the full power of the Very Large Telescope to study them: the light emitted by a typical planetary nebula in the halo of the Messier 87 galaxy is equivalent to two 60-watt light bulbs on Venus as seen from Earth.
The motions of the planetary nebulae along the line of sight towards or away from Earth lead to shifts in the spectral lines, as a result of the Doppler effect. These shifts can be measured accurately using a sensitive spectrograph and the velocity of the nebulae deduced.
More information
This research was presented in a paper entitled “The build-up of the cD halo of M87 — evidence for accretion in the last Gyr”, by A. Longobardi et al., to appear in the journal Astronomy & Astrophysics Letters on 25 June 2015.
This work was also presented at the annual conference of the European Astronomical Society, EWASS 2015, which is being held in La Laguna, Tenerife, at the same time.
The team is composed of A. Longobardi (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany), M. Arnaboldi (ESO, Garching, Germany), O. Gerhard (Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik, Garching, Germany) and J.C. Mihos (Case Western University, Cleveland, Ohio, 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".
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Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
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