미리내의 중심부

 

Copyright ESA/XMM-Newton/G. Ponti et al. 2015

 

사진 1> 이 사진은 ESA XMM-뉴턴 X선 망원경으로 바라본 미리내의 중심부를 담고 있다.            

죽은 별의 에너지 넘치는 잔해들과 이들이 주위 가스들에 강력한 영향을 끼치고 있는 모습을 담고 있는 이 사진은 에너지가 넘치는 미리내 중심부에 대해 유례없는 모습을 보여주고 있다.

이 사진은 XMM-뉴턴 망원경을 이용하여 수행된 미리내 중심부의 관측 데이터를 모두 합쳐 만들어진 것으로 총 관측 시간은 한달 반 정도에 이른다.

사진에서 0.5~2킬로전자볼트에 해당하는 에너지는 붉은 색으로, 2~4.5킬로전자볼트에 해당하는 에너지는 초록색으로, 4.5~12킬로전자볼트에 해당하는 에너지는 파란색으로 표시되어 있다. 
사진의 폭은 2.5도의 하늘을 담고 있는데, 이는 대상까지의 거리를 고려했을 때 약 1천 광년의 폭에 해당한다. 

 

ESA XMM-뉴턴 X선 망원경이 담아낸 죽은 별의 에너지 넘치는 잔해들과 주위 가스들에 강력한 영향을 끼치는 모습은 미리내의 중심부에서 발생하는 가장 강도높은 사건의 과정을 보여주고 있다.

 

사진 전반을 가로지르며 두드러져 보이는 밝은 점과 같은 천체들은 짝별계를 나타내는 것으로서 이 짝별계를 구성하는 별들 중 하나는 생의 마지막 단계에 다다라 중성자 별이나 블랙홀과 같은 소규모 고밀도의 천체로 진화되었다.

이렇게 진화한 별들은 너무나 높은 밀도를 가지고 있어 짝별의 물질을 맹렬하게 먹어치우고 있으며 이로부터 물질들을 가열시켜 X선에서 밝게 빛나게 된다.

 

미리내의 중심부에는 또한 수많은 어린 별들과 별무리들이 위치하고 있으며 1천광년의 폭을 담고 있는 이 사진에서, 사진 전반에 걸쳐 뿌려진 하얀색이나 붉은색의 점으로 보이고 있다.

 

미리내 중심부에 넓게 퍼져 있는 가스 구름들은 갓태어난 별들이나 초신성 폭발에서 뿜어져나온 강력한 별폭풍에 의해 깍여나가고 있는데 이러한 현상이 미리내 중심부에서 발생하는 현상의 대부분을 차지한다.

 

미리내 중심에 자리잡고 있는 초거대 질량의 블랙홀 역시 이러한 활동에서 일정 역할을 수행하고 있다. 

 

궁수자리 A* (Sagittarius A*) 로 알려져 있는 이 블랙홀은  태양의 수백만 배 질량을 가지고 있으며 사진 중앙에서 우측으로 밝고 성긴 천체 내에 위치하고 있다.

 

블랙홀 자체는 어떠한 빛도 복사해내지 않지만 블랙홀이 가지고 있는 강력한 중력이 주변 물질들을 끌어들이면서 그 와중에 여러 파장에서 빛이 복사되는데 이 중 X선에서 가장 강력한 빛을 복사해낸다.

 

사진에서는 블랙홀의 위 아래로 팽창하는 뜨거운 가스의 구체 두 개를 볼 수 있다.

 

천문학자들은 이들 구체가 블랙홀의 직접적인 영향에 의해 생성된 것으로 생각하고 있는데 이는 물질들이 블랙홀로 흘러들어갔다가 대부분 되뱉어진 물질들이거나 이와 같은 고밀도 환경을 만들어내는 수많은 별폭풍과 초신성 폭발의 누적 효과에 의해 만들어진 것으로 추측하고 있다.

 

우리에게 왕성한 활동력을 지닌 미리내의 중심부에 대해 유례없는 모습을 보여주고 있는 이 사진은 XMM-뉴턴 망원경을 이용하여 수행된 이 지역에 대한 모든 관측 자료를 한데 모아 만들어진 것으로 총 관측 시간은 한달 반 정도의 시간에 해당한다. 

 

Copyright ESA/XMM-Newton/G. Ponti et al. 2015

 

사진2> 이 사진은 주로 초신성 폭발에 의해 생성되는 규소와 아르곤과 같은 무거운 원소의 복사와 대응되는 에너지 파장의 데이터에 몇몇 협대역 에너지 대역을 합쳐 만들어진 것이다.

 

궁수자리 A*의 하단 우측에 보이는 거대한 타원형 구조는 여러개의 초신성 폭발 잔해에 의해 몸집을 키운 것으로 보이는 고온의 가스로 만들어진 거품이다.

이 구조는 천문학자들에게 익히 알려져 있는 구조였는데 이번 연구를 통해서 여러개의 개별 초신성 잔해들이 관측시선 상에 우연히 겹쳐보이는 것이 아니라 단 하나의 거대한 거품이라는 것이 밝혀졌다.

 

초승달 모양의 형태 때문에 아치 거품(Arc Bubble)이라고 알려져 있는 또하나의 거대한 고온 가스 덩어리가 사진 중심 부근 궁수자리 A*의 왼쪽 아래로 보인다.

이 거품은 근처의 별무리나 초신성들에서 뿜어져나오는 강력한 별폭풍에 의해 급격히 팽창된 거품으로서 그 중심에는 맥동성폭풍성운(pulsar wind nebula)의 후보이기도 한 폭발한 별의 잔해가 탐지되기도 했다.

 

이번 연구에서 합쳐진 자료들에는 XMM-뉴턴이 관측 가능한 X선 전 영역의 데이터가 포함되어 있으며  규소, 황, 아르곤과 같은 초신성 폭발 과정에서 주로 생성되는 무거운 원소들의 복사에 대응되는 에너지 파장도 포함되어 있다.

이러한 추가 정보들을 결합함으로써 천문학자들은 미리내의 중심부에 대해 또다른 보충적인 시각을 가지게 된다.
이러한 시각은 구체들과 거품들이 그려내고 있는 예전의 상황들을 아름답게 드러내주고 있다.

 

또 다른 시각을 담은 사진은 매우 희미하긴 하지만 사진의 상단과 하단에 존재하는 뜨거운 플라즈마의 복사를 보여주고 있다.

 

이 뜨거운 플라즈마에 대한 한 가지 가설은 미리내 중심지역 전체에 걸쳐 새로 생성되는 별들로부터 뿜어져나오는 별폭풍의 효과가 거시적으로 표현된 것으로 가정하고 있다.

또다른 가설은 지금은 그다지 활동적이지 않은 초거대질량 블랙홀의 파괴적인 과거 모습를 말해주는 것으로 가정하고 있다.

천문학자들은 궁수자리 A* 역시 미리내 역사 초기에는 다른 은하들의 중심에서 관측되는 블랙홀과 같이 상당히 빠른 비율로 물질들을 강착시키고 뿜어내기를 지속했을 것으로 생각하고 있으며 미리내 중심지역에 넓게 퍼져 있는 뜨거운 플라즈마 구름은 이처럼 왕성했던 활동이 남겨놓은 유물일 것으로 생각하고 있다.
 

출처 : ESA SPACE SIENCE 2015년 8월 20일 News
         http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/The_tumultuous_heart_of_our_Galaxy

 

참고 : 우리은하 미리내를 비롯한 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>

The tumultuous heart of our Galaxy

20 August 2015

This new image of powerful remnants of dead stars and their mighty action on the surrounding gas from ESA's XMM-Newton X-ray observatory reveals some of the most intense processes taking place at the centre of our galaxy, the Milky Way.

The bright, point-like sources that stand out across the image trace binary stellar systems in which one of the stars has reached the end of its life, evolving into a compact and dense object – a neutron star or black hole. Because of their high densities, these compact remnants devour mass from their companion star, heating the material up and causing it to shine brightly in X-rays.

The central region of our galaxy also contains young stars and stellar clusters, and some of these are visible as white or red sources sprinkled throughout the image, which spans about one thousand light-years.

Most of the action is occurring at the centre, where diffuse clouds of gas are being carved by powerful winds blown by young stars, as well as by supernovas, the explosive demise of massive stars.

The supermassive black hole sitting at the centre of the Galaxy is also responsible for some of this action. Known as Sagittarius A*, this black hole has a mass a few million times that of our Sun, and it is located within the bright, fuzzy source to the right of the image centre.

While black holes themselves do not emit light, their immense gravitational pull draws in the surrounding matter that, in the process, emits light at many wavelengths, most notably X-rays. In addition, two lobes of hot gas can be seen extending above and below the black hole.

Astronomers believe that these lobes are caused either directly by the black hole, which swallows part of the material that flows onto it but spews out most of it, or by the cumulative effect of the numerous stellar winds and supernova explosions that occur in such a dense environment.

This image, showing us an unprecedented view of the Milky Way's energetic core, was put together in a new study by compiling all observations of this region that were performed with XMM-Newton, adding up to about one and a half months of monitoring in total.

The large, elliptical structure to the lower right of Sagittarius A* is a super-bubble of hot gas, likely puffed up by the remnants of several supernovas at its centre. While this structure was already known to astronomers, this study confirms for the first time that it consists of a single, gigantic bubble rather than the superposition of several, individual supernova remnants along the line of sight.

Another huge pocket of hot gas, designated the 'Arc Bubble' due to its crescent-like shape, can be seen close to the image centre, to the lower left of the supermassive black hole. It is being inflated by the forceful winds of stars in a nearby stellar cluster, as well as by supernovae; the remnant of one of these explosions, a candidate pulsar wind nebula, was detected at the core of the bubble.

The rich data set compiled in this study contains observations that span the full range of X-ray energies covered by XMM-Newton; these include some energies corresponding to the light emitted by heavy elements such as silicon, sulphur and argon, which are produced primarily in supernova explosions. By combining these additional information present in the data, the astronomers obtained another, complementary view of the Galactic Centre, which reveals beautifully the lobes and bubbles described earlier on.

In addition, this alternative view also displays the emission, albeit very faint, from warm plasma in the upper and lower parts of the image. This warm plasma might be the collective macroscopic effect of outflows generated by star formation throughout this entire central zone.

Another of the possible explanations for such emission links it to the turbulent past of the now not-so-active supermassive black hole. Astronomers believe that, earlier on in the history of our galaxy, Sagittarius A* was accreting and ejecting mass at a much higher rate, like the black holes found at the centre of many galaxies, and these diffuse clouds of warm plasma could be a legacy of its ancient activity. 

Related scientific papers:
The XMM-Newton view of the central degrees of the Milky Way, by G. Ponti et al. 

The Galactic Centre XMM-Newton monitoring project is supported by the Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie/Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (BMWI/DLR, FKZ 50 OR 1408) and the Max Planck Society.