Abell 1033 은하단에서 발견된 라디오파 불사조

 

Credit   X-ray: NASA/CXC/Univ of Hamburg/F. de Gasperin et al; Optical: SDSS; Radio: NRAO/VLA

 

• "라디오파를 쏟아내는 불사조"가 X선과 라디오파, 가시광선을 이용한 관측 결과 발견되었다.
• 이 천체는 16억광년 거리의 두 개 은하단의 충돌을 수반하고 있다.
• 이 충돌은 주로 라디오파에서 복사를 방출하고 있는 광활한 고에너지 입자구름에 되먹임 에너지를 공급하고 있다. 
• 은하단의 충돌을 포함하여 은하단이 어떻게 성장해 가는지를 이해하는 것은 우주론에 있어 중요한 부분에 해당한다.

천문학자들이 두 개의 은하단이 충돌한 이후 사그러들던 전자 구름이 마치 신화의 불사조처럼 다시 살아나는 장면을 목격했다.

라디오파에서 고에너지 전자 복사를 방출해서 '라디오파 불사조'라고 불리는 이 현상은 Abell 1033 에서 발견되었다.

이 천체는 지구로부터 16억 광년 거리에 위치하고 있다.

 

NASA 찬드라X선 망원경 및 네델란드 웨스터보크 통합 라디오파 망원경(the Westerbork Synthesis Radio Telescope), 국립과학재단의 칼얀스키 초대형배열(Karl Jansky Very Large Array)과 슬론 디지털 스카이 서베이(the Sloan Digital Sky Survey, SDSS)의 관측 데이터를 함께 활용하여 천문학자들은 라디오파 불사조라는 이 흥미로운 우주의 이야기 뒤에 숨겨져 있는 과학적 구성과정을 재창조할 수 있었다.

 

은하단은 동일 중력에 묶여 있는 천체로서는 우주에서 가장 거대한 구조에 해당한다.

여기에는 수백에서 수천개에 달하는 은하와 눈에 보이지 않는 암흑물질, 그리고 X선에서 밝게 빛나는 거대한 뜨거운 가스 덩어리 등이 포함되어 있다.

이러한 은하단이 어떻게 성장해 나가는지를 이해하는 것은 우주가 어떻게 진화해왔는지를 추적하는데 있어 핵심적인 정보에 해당한다.

 

천문학자들은 Abell 1033 의 중심부 근처에 자리잡고 있는 초거대질량의 블랙홀이 과거에 한차례 폭발한 적이 있을 것으로 생각한다.

이로부터 쏟아져나온 고에너지 전자가 수십만년에 걸쳐 이 지역을 가득 채워나가면서 라디오파에서 밝은 복사를 방출하는 구름을 만들어냈다.

 

이렇게 생성된 구름은 수백만년의 시간을 지나는 동안 에너지를 잃고 팽창을 계속해가면서 희미해졌다.

 

이렇게 희미해져가던 구름이 라디오파 불사조로 다시 살아난 것은 은하단이 다른 은하단과 충돌하여 충격파가 은하단 전체를 가로질러 퍼져나갈 때였다.

 

초음속 제트에 의해 만들어지는 음속폭음과 유사한 이 충격파는 잠자고 있던 전자구름을 흔들어 깨웠다.

이 충격파가 구름을 압축시키고 전자에 에너지를 다시 부여하면서 전자 구름은 다시 라디오 파에서 밝게 빛나기 시작했다.

 

이렇게 되살아난 라디오파 불사조의 모습이 Abell 1033 의 다파장 사진에 포착된 것이다.

찬드라X선망원경이 수집한 X선 데이터는 분홍색으로, VLA가 수집한 라디오파 데이터는 초록색으로 표시되어 있다.

사진의 배경은 SDSS에 의해 촬영된 가시광선 사진이다.

가시광 관측 데이터를 근거로 만들어진 은하의 밀도 지도가 파란색으로 보인다.

 

사진 중앙의 하얀 점 바로 아래를 가로지르고 있는 것이 라디오파 불사조이다.

 

찬드라 X선망원경이 수집한 데이터는 은하단 내의 뜨거운 가스도 보여준다.
이 뜨거운 가스들은 라디오파 복사의 재 점화를 이끌어낸 동일한 은하단 충돌 사건 와중에 교란된 것으로 보인다.

 

가장 강력하게 뿜어져나오는 X선 복사가 은하단 남쪽(아래쪽)으로 보인다.
아마도 이것은 고밀도의 가스 핵이 주변을 감싸고 움직이는 가스에 의해 벗겨져나가면서 발생하는 현상으로 생각된다.

 

북쪽의 은하무리는 고밀도 중심지역과 아직 충돌하지 않은 것일 수도 있고, 이미 충돌 와중에 상당한 수준으로 어지럽혀진 것일 수도 있다.

 

사진 왼쪽으로는 광각 꼬리를 늘어뜨린 라디오파 은하가 라디오파에서 초록색으로 밝게 빛나고 있다.

 

중심부근의 초거대질량의 블랙홀에서 뿜어져 나온 플라즈마 구체들은 은하들이 은하단을 통과하면서 가스와의 상호작용에 의해 구부러진 모습을 보여주고 있다.

 

천문학자들은 라디오파 불사조가 다시 생겨나자마자 눈에 띄게 된 것으로 생각하고 있다.
이러한 천체들은 Abell 1033에서 나타나는 바와 같이 은하단의 중심 가까이에 자리잡고 있을 때, 매우 빠르게 사그러드는 경향이 있기 때문이다.

Abell 1033 중심의 엄청난 밀도와 압력, 그리고 자기장으로 인해 라디오파 불사조는 수천만년 정도만 지속되는 것으로 생각되고 있다.

 

이번 연구결과를 담고 있는 논문은 월간 왕립천문학회 소식지에 개재되었으며 초고는 온라인 상에서 조회가 가능하다.

 

이번 논문의 저자들은 다음과 같다.
독일 함부르크 대학의 프란체스코 드 가스페린 (Francesco de Gasperin), 마르쿠스 브래겐(Marcus BrA¼ggen), 아날리사 보나페데(Annalisa Bonafede), 하바드-스미스소니언 천체물리학 센터의 조지아나 오그레인(Georgiana Ogrean), 라이노우트 반 비렌(Reinout van Weeren), 로렌스 리버모어 국립연구소의 윌리엄 도슨(William Dawson), 일본 항공우주탐사국의 오로라 시미오네스쿠(Aurora Simionescu).

 

출처 : NASA CHANDRA X-RAY Observatory Photo Album  2015년 8월 26일
         http://chandra.harvard.edu/photo/2015/a1033/

 

참고 : Abell 1033 은하단을 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>

Abell 1033: Chandra Data Suggest Giant Collision Triggered "Radio Phoenix"

• A "radio phoenix" has been discovered using X-ray, radio, and optical data.
• This system contains the collision of two galaxy clusters located about 1.6 billion light years from Earth.
• The collision re-energized a regeneration of vast clouds of high-energy particles that primarily radiate at radio frequencies.
• Understanding how galaxy clusters grow over time, including through collisions, is important for cosmology.
• Astronomers have found evidence for a faded electron cloud "coming back to life," much like the mythical phoenix, after two galaxy clusters collided. This "radio phoenix," so-called because the high-energy electrons radiate primarily at radio frequencies, is found in Abell 1033. The system is located about 1.6 billion light years from Earth.

By combining data from NASA's Chandra X-ray Observatory, the Westerbork Synthesis Radio Telescope in the Netherlands, NSF's Karl Jansky Very Large Array (VLA), and the Sloan Digital Sky Survey (SDSS), astronomers were able to recreate the scientific narrative behind this intriguing cosmic story of the radio phoenix.

Galaxy clusters are the largest structures in the Universe held together by gravity. They consist of hundreds or even thousands of individual galaxies, unseen dark matter, and huge reservoirs of hot gas that glow in X-ray light. Understanding how clusters grow is critical to tracking how the Universe itself evolves over time.

Astronomers think that the supermassive black hole close to the center of Abell 1033 erupted in the past. Streams of high-energy electrons filled a region hundreds of thousands of light years across and produced a cloud of bright radio emission. This cloud faded over a period of millions of years as the electrons lost energy and the cloud expanded.

The radio phoenix emerged when another cluster of galaxies slammed into the original cluster, sending shock waves through the system. These shock waves, similar to sonic booms produced by supersonic jets, passed through the dormant cloud of electrons. The shock waves compressed the cloud and re-energized the electrons, which caused the cloud to once again shine at radio frequencies.

A new portrait of this radio phoenix is captured in this multi wavelength image of Abell 1033. X-rays from Chandra are in pink and radio data from the VLA are colored green. The background image shows optical observations from the SDSS. A map of the density of galaxies, made from the analysis of optical data, is seen in blue. Mouse over the image above to see the location of the radio phoenix.

The Chandra data show hot gas in the clusters, which seems to have been disturbed during the same collision that caused the re-ignition of radio emission in the system. The peak of the X-ray emission is seen to the south (bottom) of the cluster, perhaps because the dense core of gas in the south is being stripped away by surrounding gas as it moves. The cluster in the north may not have entered the collision with a dense core, or perhaps its core was significantly disrupted during the merger. on the left side of the image, a so-called wide-angle tail radio galaxy shines in the radio. The lobes of plasma ejected by the supermassive black hole in its center are bent by the interaction with the cluster gas as the galaxy moves through it.

Astronomers think they are seeing the radio phoenix soon after it had reborn, since these sources fade very quickly when located close to the center of the cluster, as this one is in Abell 1033. Because of the intense density, pressure, and magnetic fields near the center of Abell 1033, a radio phoenix is only expected to last a few tens of millions of years.

A paper describing these results was published in a recent issue of the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society and a preprint is available online. The authors are Francesco de Gasperin from the University of Hamburg, Germany; Georgiana Ogrean and Reinout van Weeren from the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics; William Dawson from the Lawrence Livermore National Lab in Livermore, California; Marcus Brüggen and Annalisa Bonafede from the University of Hamburg, Germany, and Aurora Simionescu from the Japan Aerospace Exploration Agency in Sagamihara, Japan.

NASA's Marshall Space Flight Center in Huntsville, Alabama, manages the Chandra program for NASA's Science Mission Directorate in Washington. The Smithsonian Astrophysical Observatory in Cambridge, Massachusetts, controls Chandra's science and flight operations.