나선은하에 나타나는 장대한 헤일로

 

IMAGE CREDIT: Jayanne English (U. Manitoba), with support from Judith Irwin and Theresa Wiegert (Queen’s U.) for the CHANG-ES consortium; NRAO/AUI/NSF; NASA/STScI SCIENCE CREDIT: Theresa Wiegert, Judith Irwin and the CHANG-ES consortium.

 

사진 1> 은하 자기장에서 빠르게 움직이는 입자들이 만들어낸 라디오파 헤일로가 우리에게 모서리를 보이고 있는 은하를 둘러싸고 있다.

이 사진에서 회청색으로 보이는 거대한 부분은 VLA를 통해 관측한 30개 은하의 라디오파 헤일로 데이터를 합친 것이다.

가운데 은하는 허블우주망원경이 가시광선으로 바라본 것으로서 이번 관측 대상이 된 은하 중 하나인 NGC 5775이다.

가시광선 사진은 별 생성 구역이 자리잡고 있는 안쪽 부분과 라디오파 헤일로 지역을 향해 수평으로 펼쳐져 나간 외곽부를 보여주고 있다.

우리에게 모서리를 보여주고 있는 나선은하들에 대한 연구를 통해 은하 원반의 위 아래에 자리잡고 있는 우주빛살과 자기장의 헤일로가 이전에 추정된 것 보다 훨씬 더 일반적인 현상이라는 사실이 드러났다.

 

천문학자들로 구성된 국제 연구팀은 칼 G. 얀스키 초대형배열(Very Large Array, 이하 VLA)을 이용하여 총 35개의 모서리를 보이고 있는 나선은하를 연구하였다.
이 은하들은 지구로부터 1100만 광년에서 1억 3700만 광년 거리범주에 존재하고 있는 은하들이다.

 

이번 연구는 10여년에 걸친 VLA의 업그레이드가 완료되어 훨씬 더 희미한 라디오파의 감지가 가능하도록 성능이 개선된 후 진행된 것으로 VLA의 개선된 성능의 덕을 톡톡히 볼 수 있었다.

 

이번 프로젝트의 리더인 캐나다 퀸스대학 주디스 어윈( Judith Irwin)의 설명은 다음과 같다.
"헤일로가 존재하는 은하들이 존재한다는 것은 익히 알려진 사실입니다.
그런데 이번 연구는 한층 성능이 개선된  VLA와 이미지 처리 기술 덕에 나선은하의 헤일로가 생각보다 훨씬 더 일반적으로 존재한다는 것을 알게 되었습니다."
 

미리내와 같은 나선은하들은 별과 가스, 먼지가 가득 들어찬 평평한 원반과 나선팔을 가지고 있다.

망원경으로 감지되는 빛과 라디오파의 대부분은 바로 이 원반 상의 천체로부터 오는 것이다.

이러한 원반의 위아래 환경을 연구하는 것은 대단히 어려운 일이었다.

 

아스트로노미컬 저널에 개재된 논문의 주저자인 퀸스대학의 테레사 위거트(Theresa Wiegert)의 설명은 다음과 같다.
"전파망원경을 이용한 헤일로의 연구는 우리에게 다양한 현상에 대한 값진 정보를 제공해 줄 수 있습니다.
여기에는 원반 상에서 발생하는 별 생성의 비율과 폭발하는 별로부터 쏟아져나오는 폭풍, 그리고 은하 자기장의 본성과 기원에 대한 정보들이 포함되어 있습니다."
 
이 논문에는 연구의 대상이 된 35개 은하에 대한 분석 자료가 포함되어 있다.

 

'전형적인' 헤일로가 어떻게 팽창해 가는지를 보기 위해 천문학자들은 30개 은하의 사진을 동일한 크기로 조정했다.
그리고나서 캐나다 매니토바 대학의 제이앤 잉글리쉬(Jayanne English)가 이를 하나의 사진으로 합성하였다.

이렇게 합성된 사진에 대한 어윈의 소감은 다음과 같다.
"이 멋진 사진은 우주빛살과 자기장이 은하 원반 자체에 퍼져 있을 뿐 아니라 원반 위아래로도 퍼져 있는 양상을 함께 보여주었습니다. "

 

과학자들은 이렇게 합성된 사진을 통해 1961년에 수립된 바 있는 이러한 헤일로에 대한 예견을 확정할 수 있게 되었다고 말했다.

 

연구팀은 이번 발견을 기술한 보고서와 함께 VLA를 통해 획득한 일련의 사진들을 다른 과학자들이 볼 수 있도록 공개하였다.

해당 연구팀은 이전의 출간 자료에서 자신들의 프로젝트와 그 목적에 대한 상세 내용을 기술한 바 있다.

 

연구팀은 일련의 VLA 관측을 완료하였으며 연구팀의 최신 논문은 연구팀의 첫번째 사진들에 대한 분석에 근거를 두고 있다.

 

현재 연구팀은 추가 데이터에 대한 분석을 계속하고 있다.
분석이 완료되어 그 분석 결과가 개재될 때, 연구팀은 이 추가 사진들 역시 다른 과학자들이 활용할 수 있도록 공개할 예정이다.

 

독일 막스 플아크 전파천문연구소의 마리타 크라우제(Marita Krause)의 설명은 다음과 같다.
"이번 연구결과는 은하의 진화와 별의 생성에 대해서 아직 해결되지 않은 질문에 대한 답을 찾을 수 있도록 도와줄 것입니다."

 

이번 연구의 연구 데이터는 다음의 링크에서 확인할 수 있다.

http://queensu.ca/changes

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2015년 10월 13일자 
         https://public.nrao.edu/news/pressreleases/galaxy-halos        

 

참고 :  NGC 5775를 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>

VLA Reveals Spectacular "Halos" of Spiral Galaxies

A study of spiral galaxies seen edge-on has revealed that "halos" of cosmic rays and magnetic fields above and below the galaxies' disks are much more common than previously thought.

An international team of astronomers used the Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) to study 35 edge-on spiral galaxies at distances from 11 million to 137 million light-years from Earth. The study took advantage of the ability of the VLA, following completion of a decade-long upgrade project, to detect radio emission much fainter than previously possible.

"We knew before that some halos existed, but, using the full power of the upgraded VLA and the full power of some advanced image-processing techniques, we found that these halos are much more common among spiral galaxies than we had realized," said Judith Irwin, of Queen's University in Canada, leader of the project.

Spiral galaxies, like our own Milky Way, have the vast majority of their stars, gas, and dust in a flat, rotating disk with spiral arms. Most of the light and radio waves seen with telescopes come from objects in that disk. Learning about the environment above and below such disks has been difficult.

"Studying these halos with radio telescopes can give us valuable information about a wide range of phenomena, including the rate of star formation within the disk, the winds from exploding stars, and the nature and origin of the galaxies' magnetic fields," said Theresa Wiegert, also of Queen's University, lead author of a paper in the Astronomical Journal reporting the team's findings. The paper provides the first analysis of data from all 35 galaxies in the study.

To see how extensive a "typical" halo is, the astronomers scaled their images of 30 of the galaxies to the same diameter, then another of the authors, Jayanne English, of the University of Manitoba in Canada, combined them into a single image. The result, said Irwin, is "a spectacular image showing that cosmic rays and magnetic fields not only permeate the galaxy disk itself, but extend far above and below the disk."

The combined image, the scientists said, confirms a prediction of such halos made in 1961.

Along with the report on their findings, the astronomers also are making their first batch of specialized VLA images available to other researchers. In previous publications, the team described the details of their project and its goals. The team has completed a series of VLA observations and their latest paper is based on analysis of their first set of images. They now are analyzing additional datasets, and also will make those additional images available to other scientists when they publish the results of the later analyses.

"The results from this survey will help answer many unsolved questions in galactic evolution and star formation," said Marita Krause of the Max-Planck Institute for Radioastronomy in Bonn, Germany.

The data are available at: http://queensu.ca/changes

The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc. This work was supported by the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada.

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