SpARCS1049+56 : 폭발적으로 별들이 뿜어져나오는 심장

 

Credit:NASA/STScI/ESA/JPL-Caltech/McGill

 

사진1> 스피처우주망원경과 허블우주망원경으로 촬영한 이 사진은 SpARCS1049 은하단의 모습을 보여주고 있다.

 

Credit:NASA/STScI/ESA/JPL-Caltech/McGill

 

사진 2> 이 사진은 허블우주망원경과 스피처우주망원경의 관측 데이터를 결합한 것으로 SpARCS1049 은하단의 중심지역을 보여주고 있다.
이 은하단의 중심부에서 가장 밝게 빛나는 은하에서는 수많은 새로운 별들이 탄생하고 있는 이른바 '축축한 은하충돌'이 진행되고 있다.
은하충돌의 단서이기도 한 중력섭동꼬리와 가장 밝게 빛나는 은하의 모습이 사진에 담겨있다.

 

천문학자들로 구성된 국제연구팀이 새로운 별들로 꽉 들어찬 중심지역을 가진 거대한 은하단을 발견했다.
이번 발견은 대단히 희귀하게 발견되는 사례이다.
허블우주망원경을 이용한 이번 발견은 무거운 은하단의 중심에 위치하고 있는 거대 은하들이 다른 은하들로부터 가스를 빼앗아 오면서 급격하게 성장할 수 있음을 보여주는 것이다.
 

은하단은 은하들이 서로 중력에 의해 방대한 규모로 묶여 있는 천체를 말한다.
우리 은하인 미리내는 라니아케아 초은하단을 구성하고 있는 작은 은하군 중 하나인 국부 은하군 내에 위치하고 있다.
은하단의 중심에 자리잡고 있는 은하들은 일반적으로 오래된 붉은 색의 별, 또는 죽은 별들의 화석으로 구성된다.

 

그러나 천문학자들이 SpARCS1049+56 이라는 이름의 은하단 중심부에 자리잡은 거대 은하에서 이러한 예상과는 전혀 들어맞지 않는 것으로 보이는, 놀라운 비율로 새로운 별들을 만들어내는 듯한 은하를 발견하였다.

 

아스트로피지컬 저널에 발표가 수락된 논문의 주저자인 캐나다 몬트리올 맥길 대학, 트레이시 웹(Tracy Webb)의 설명은 다음과 같다.
"이 은하단 중심에 자리잡고 있는 거대은하는 보다 규모가 작은 은하들을 집어삼키면서 맹렬한 기세로 새로운 별들을 만들어내고 있는 것으로 보입니다."

 

이 은하가 처음으로 발견된 것은 NASA의 스피처우주망원경과 하와이 마우나케아에 자리잡고 있는 캐나다-프랑스-하와이 망원경에 의해서이며
이후 마우나케아의 W.M.켁 천문대에서 그 존재를 확정하였다.

 

이후 허블우주망원경을 이용한 후속 연구를 통해 이 은하의 활동양상을 알 수 있게 되었다.

 

SpARCS1049+56 은하단은 너무나 멀리 떨어져 있어 그 빛이 우리에게 도달하기까지 98억년의 시공간을 가로질러와야 했다.

이 은하단에는 최소 27개의 은하들이 있으며 총 질량은 태양 질량의 400조 개에 맞먹는 수준이다.

수많은 새로운 별들로 가득찬 이 은하단의 중심부는 진정 이 은하단을 독보적으로 만들어주고 있는 특성이다.

 

이 은하단에서 가장 밝은 은하[1]는 매년 800개에 해당하는 별들을 빠른 속도로 만들어내고 있다.
우리 은하의 경우 아무리 많아야 일년에 2 개의 별을 만들 뿐이다.

 

이번 논문의 공동저자인 캠프리지 대학 아담 뮤친(Adam Muzzin)의 설명은 다음과 같다.
"스피처우주망원경의 데이터는 이 은하단의 중심에서 엄청난 양의 별들이 탄생하고 있음을 보여주었습니다.
이는 예전에는 정말 보기 힘들었던 장면이죠. 게다가 이 정도 거리에 있는 은하단으로서는 결코 볼 수 없었던 장면이기도 합니다." 
 
스피처우주망원경은 적외선 빛을 잡아내기 때문에 새로운 별들이 탄생하는 먼지가 가득한 구역에 숨겨진 빛을 탐지해낼 수 있다.

 

허블의 가시광파장을 이용한 후속 연구는 이 새로운 별의 생성에 연료를 공급하는 것이 무엇인지를 알게 해주었다.

 

이는 최근 이 거대한 은하에 집어삼켜진 비교적 작은 은하들일 것으로 보이는데, 이 작은 은하들에서 빨아들인 가스를 이용하여 새로운 별들의 맹렬한 탄생이 가능한 것이다.

 

뮤친의 설명은 다음과 같다.
"다른 천체관측기구들의 관측 데이터들을 근거로 우리는 이 은하를 깊게 관측하였고, 우리를 실망시키지 않는 결과가 나왔습니다.
이 은하단의 중심부에서 은하 충돌의 흔적을 발견할 수 있었던 것이죠.
그 흔적은 마치 별들이 만들어낸 기다란 끈처럼 보였습니다."

(참고 : 별로 이루어진 기다란 끈 - https://big-crunch.tistory.com/12347326 )
 
별들로 이루어진 기다란 가락은 '축축한 은하충돌(wet merger)'로 알려진 현상을 말해주는 단서가 된다.

 

축축한 은하충돌이란 가스를 풍부하게 가지고 있는 은하들간의 충돌을 말한다.
이러한 충돌은 충돌을 통해 가스들이 빠르게 새로운 별들을 만들어내게 된다.

 

이번 발견은 은하단의 중심부에서 발견된 '축축한 은하충돌'의 경우로는 처음으로 발견된 것이다.

 

허블은 예전에도 비교적 가까운 은하단에서 축축한 은하충돌을 발견한 바 있긴 하지만 이처럼 맹렬하게 새로운 별들을 만들어내는 경우는 존재하지 않았다.

 

다른 은하단들은 메마른 은하충돌[2]을 통해 또는 그 중심에 가스를 빨아들이는 작용을 통해 몸집을 키워나가고 있었다.
예를 들어 불사조 은하단(the Phoenix Cluster)이라고 알려져 있는 거대 은하단은 뜸뜸이 빨아들인 가스가 중심부로 추락하면서 몸집을 키운 은하단이다.

 

천문학자들은 이와 같은 은하단의 성장 매커니즘이 얼마나 일반적으로 나타나는지를 알아내는 것을 목표로 하고 있다.

 

SpARCS1049+56 와 유사한 또다른 "거대한 포식자"은하들도 역시 가스를 풍부하게 가지고 있는 은하들이 많이 존재하고 있을까?

SpARCS1049+56 이 독특한 은하단인 것은 아닐까?
아니면 이 은하단은 거대한 포식자 은하가 일반적으로 존재했던 초기 우주의 모습을 보여주는 것은 아닐까?

 

 

Credit:NASA, ESA, Digitized Sky Survey 2

 

사진 3> SpARCS1049+56 은하단과 그 주위 하늘을 담은 사진
SpARCS1049+56 은하단은 우리로부터 98억 광년 떨어져 있다.
이 은하단에는 최소 27개의 은하들이 자리잡고 있으며 그 질량은 태양 질량의 400조 개에 이른다.

각주

[1] 대부분의 은하단 중심에 자리잡고 있는 어마어마한 몸집을 가진 은하를 은하단에서 가장 밝은 은하라는 뜻에서 BCG(the brightest cluster galaxy)라 부른다.
이번에 새로 발견된 은하는 SpARCS1049+56의 BCG에 해당하는 은하이다.
  
[2] '메마른 은하충돌'이란 가스가 결핍된 두 개은하의 충돌을 말한다.
이러한 충돌을 통해서는 새로운 별들이 만들어지기 보다는 이미 존재하는 별들이 서로 뒤섞이게 된다.

출처 : 유럽우주국(ESA) 허블 2015년 9월 10일 발표 뉴스
         http://www.spacetelescope.org/news/heic1519/

 

참고 : SpARCS1049+56을 비롯한 각종 은하단 및 은하에 대한 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>

heic1519 — Science Release

Astronomers find galaxy cluster with bursting heart

Hubble, Spitzer, and the Canada-France-Hawaii Telescope join forces for rare cosmic find

10 September 2015

An international team of astronomers has discovered a gargantuan galaxy cluster with a core bursting with new stars — an incredibly rare find. The discovery, made with the help of the NASA/ESA Hubble Space Telescope, is the first to show that gigantic galaxies at the centres of massive clusters can grow significantly by feeding off gas stolen from other galaxies.

Galaxy clusters are vast families of galaxies bound together by gravity. Our own galaxy, the Milky Way resides within a small galaxy group known as the Local Group, which itself is a member of the massive Laniakea supercluster.

Galaxies at the centres of clusters are usually made of stellar fossils — old, red or dead stars. However, astronomers have now discovered a giant galaxy at the heart of a cluster named SpARCS1049+56 that seems to be bucking the trend, instead forming new stars at an incredible rate.

“We think the giant galaxy at the centre of this cluster is furiously making new stars after merging with a smaller galaxy,” explained Tracy Webb of McGill University, Montreal, Canada, lead author of a new paper accepted for publication in The Astrophysical Journal.

The galaxy was initially discovered using NASA’s Spitzer Space Telescope and the Canada-France-Hawaii Telescope, located on Mauna Kea in Hawai`i and confirmed using the W.M. Keck Observatory, also on Mauna Kea. Follow-up observations using the NASA/ESA Hubble Space Telescope allowed the astronomers to explore the galaxy’s activity.

The SpARCS1049+56 cluster is so far away that its light took 9.8 billion years to reach us. It houses at least 27 galaxies and has a combined mass equal to 400 trillion Suns. It is a truly unique cluster in one aspect — its vibrant heart of new stars. The cluster’s brightest galaxy [1] is rapidly spitting out 800 new stars per year. The Milky Way forms two stars per year at most!

“The Spitzer data showed us a truly enormous amount of star formation in the heart of this cluster, something that has rarely been seen before, and certainly not in a cluster this distant,” commented co-author Adam Muzzin of the University of Cambridge, UK.

Spitzer picks up infrared light, so it can detect the warm glow of hidden, dusty regions of starbirth. Follow-up studies with Hubble in visible light helped to pinpoint what was fuelling the new star formation. It appears that a smaller galaxy has recently merged with the monster in the middle of the cluster, lending its gas to the larger galaxy and igniting a furious episode of new starbirth.

“Building on our other observations, we used Hubble to explore the galaxy in depth — and we weren’t disappointed,” added Muzzin. “Hubble found a trainwreck of a merger at the centre of this cluster. We detected features that looked like beads on a string.”

Beads on a string (heic1414) are telltale signs of something known as a wet merger. Wet mergers occur when gas-rich galaxies collide — this gas is converted quickly into new stars.

The new discovery is one of the first known cases of a wet merger at the core of a galaxy cluster. Hubble had previously discovered another closer galaxy cluster containing a wet merger, but it was not forming stars as vigorously. Other galaxy clusters grow in mass through dry mergers [2], or by siphoning gas towards their centres. For example, the mega galaxy cluster known as the Phoenix Cluster grows in size by sipping off gas that flows into its centre.

The astronomers now aim to explore how common this type of growth mechanism is in galaxy clusters. Are there other “messy eaters” out there similar to SpARCS1049+56, which also munch on gas-rich galaxies? SpARCS1049+56 may be an outlier — or it may represent an early time in our Universe when messy eating was the norm.

Notes

[1] At the core of most galaxy clusters lies a hulking galaxy called the brightest cluster galaxy, or BCG. This newly discovered starbursting galaxy is the BCG in SpARCS1049+56.

[2] Dry mergers involve the coming together of two galaxies lacking in gas. The two just mix their existing stars, rather than causing the birth of any new ones.

Notes for editors

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between ESA and NASA.

These new results are presented in a paper entitled “An Extreme Starburst In The Core Of a Rich Galaxy Cluster At z = 1.7”, published in The Astrophysical Journal on 21 August 2015.

The international team of astronomers in this study consists of T. Webb (University of Montreal, Canada), A. Noble (University of Toronto, Canada), A. DeGroot (University of California Riverside, USA), G. Wilson (University of California Riverside, USA), A. Muzzin (University of Cambridge, UK), N. Bonaventura (University of Montreal, Canada), M. Cooper (University of California Irvine, USA), A. Delahaye (University of Montreal, Canada), R. Foltz (University of California Riverside, USA), C. Lidman (Australian Astronomical Observatory, Australia), J. Surace (Spitzer Science Center, USA), H. K. C. Yee (University of Toronto, Canada), S. Chapman (University of Cambridge, UK; Dalhousie University, Canada), L. Dunne (University of Canterbury, New Zealand; University of Edinburgh, UK), J. Geach (University of Hertfordshire, UK), B. Hayden (Lawrence Berkeley National Laboratory, USA), H. Hildebrandt (Argelander-Institute fur Astronomie, Germany), J. Huang (National Astronomical Observatories of China, China; China-Chile Joint Center for Astronomy, Chile; Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA), A. Pope (University of Massachusetts, USA), M. W. L. Smith (Cardiff University, UK) and S. Perlmutter (Lawrence Berkeley National Laboratory, USA; University of California Berkeley, USA), A. Turdorica (Argelander-Institute fur Astronomie, Germany)

More information

Image credit: NASA/STScI/ESA/JPL-Caltech/McGill

Links

• Images of Hubble
• Hubblecast 76: Merging galaxies and droplets of starbirth
• Beads on a string
• Hubblesite release
• Spitzer release
• Link to science paper

Contacts

Tracy Webb
Department of Physics
McGill University, Canada
Tel: +1 514 398 7226
Email: webb@physics.mcgill.ca

Adam Muzzin
Institute of Astronomy
University of Cambridge, United Kingdom
Tel: +44 1223 337526
Email: avmuzzin@ast.cam.ac.uk

Mathias Jäger
ESA/Hubble, Public Information Officer
Garching, Germany
Cell: +49 176 62397500
Email: mjaeger@partner.eso.org