VISTA가 발견한 미리내의 새로운 구성요소

 

Credit:ESO/Microsoft WorldWide Telescope

 

그림1> 천문학자들이 ESO의 VISTA를 이용하여 지금까지 전혀 알려져 있지 않던 미리내의 새로운 구성요소를 발견해냈다.

세페이드 변광성이라 불리는 밝기가 변하는 특정 유형 별들의 위치를 잡아나가는 중에 미리내의 중심 팽대부의 두꺼운 먼지 구름에 파묻혀있던 갓 태어난 별들의 원반을 발견한 것이다.

이 그림은 새로 발견된 세페이드 변광성들의 위치를 상상으로 그려낸 미리내에 표시한 것이다.

노란색 별은 태양의 위치를 나타낸다.

 

천문학자들이 ESO 파라날 천문대의 VISTA 망원경을 이용하여 미리내에서 전혀 알려진 바 없는 구성요소를 발견했다.
세페이드 변광성이라고 불리는 별들의 위치를 지도로 그려나가던 중 미리내 중심 팽대부의 두꺼운 먼지 구름 뒤에 숨겨져 있는 어린 별들의 원반을 발견한 것이다.

 

미리내 관측을 통한 VISTA 변광성 관측(The Vista Variables in the Via Lactea Survey, 이하 VVV)[1] 은 VISTA를 이용한 ESO의 대중 관측으로서
미리내의 중심 지역을 적외선을 이용하여 서로 다른 시간대에 다양한 사진을 촬영하는 프로그램이다.[2]
이 프로그램은 지금까지 여러 변광성과 별무리들, 그리고 폭발하는 별들을 관측해왔다.

 

칠레 카톨릭 대학의 이스반 데카니(Istvan Dekany)가 이끄는 천문연구팀은 2010년부터 2014년 사이의 탐사 데이터를 이용하여 놀라운 발견을 이루어냈다.
이전에는 일체 목격된 바 없는 미리내의 구성요소를 발견한 것이다.

 

이스트반 데카니의 설명은 다음과 같다.
"미리내의 중심 팽대부는 방대한 양의 늙은 별들로만 구성된 것으로 생각되어 왔습니다.
그러나 VISTA 데이터는 여기서 새로운 것을 발견해냈죠. 천문학적 견지에서 볼 때 대단히 어린 축에 속하는 별들이 바로 그것입니다."
 
관측 데이터에 대한 분석 결과 천문학자들은 이른바 '세페이드 변광성'이라고 부르는 655 개의 깜박이별들을 발견했다.

 

이 별들은 주기적인 팽창과 수축을 반복하는 별들로서 그 주기는 며칠 수준에서 몇 달 수준 상관이며 이 기간 중 현저한 밝기 변화를 보인다.
세페이드 형의 변광성이 밝아졌다가 다시 어두워지는 시간은 밝기가 밝을 수록 길고, 밝기가 흐릴 수록 짧다.

 

이 인상적이고 정확한 상관 관계는 1908년 미국 천문학자 헨리에타 스완 레빗(Henrietta Swan Leavitt)에 의해 밝혀졌으며 세페이드 변광성에 대한 연구는 미리내와 그 너머로 멀리 떨어져 있는 천체까지의 거리와 위치를 측정하는데 가장 효과적인 방법 중 하나가 되었다.

 

그러나 여기서 유념할 점은 세페이드 변광성이라고 해서 모두 동일한 것이 아니며 두 가지 주요 유형으로 구분된다는 것이다.

 

그 중 한 유형의 별들은 다른 유형의 별들보다 훨씬 어린 별들이다.
연구팀은 655 개 깜박이별들 중에서 세페이드 변광성의 하위 그룹인 이른바 '전형적인 세페이드 깜박이별(classical Cepheids)'에 속하는 35개의 별을 식별해냈다.

 

탄생한지 얼마 되지 않는 매우 밝은 이 별들은 미리내의 중심 팽대부에 자리잡고 있는 다른 늙은 별들과는 상당히 다른 특성을 가지고 있다.

 

연구팀은 이 35개 별에 대한 밝기와 밝기가 변하는 주기를 근거로 그 거리를 계산했다.
별의 연령과 대단히 밀접한 관계에 있는 깜빡임 주기는 이 별들이 놀라우리만치 어린 별들이라는 사실을 밝혀주었다.

 

이번 논문의 제 2 저자인 안드레스 베죠 대학교(UNAB, Universidad de Andres Bello)의 단테 미니티(Dante Minniti)의 설명은 다음과 같다.
"이 전형적인 세페이드 변광성에 속하는 35개 별들의 나이는 1억년도 채 되지 않는다는 점이 밝혀졌습니다.
이 중에서도 가장 어린 별의 나이는 2,500만 년 밖에 되지 않았습니다.
물론 우리는 이보다 더 어리고 밝은 세페이드 변광성의 존재 여부를 완전히 무시할 수는 없습니다."

 

이처럼 전형적인 세페이드 변광성에 속하는 별들의 나이는 지난 1억년 동안 미리내의 중심 지역에 새로운 별들이 지속적으로 충원되었다는, 이전까지는 확정되지 않았던 견해에 대한 확고한 증거가 되었다.

 

그러나 이것만이 관측 데이터에서 추출된 놀라운 발견이 아니다.

 

발견된 세페이드 깜박이별들의 위치를 잡아나가다 보니 연구팀은 미리내에서 완전히 새로운 구조를 식별해낼 수 있었다.

그것은 바로 미리내의 팽대부를 가로지르고 있는 어린 별들로 이루어진 얇은 원반이다.

 

우리 미리내를 구성하고 있는 이 새로운 구성 요소가 지금까지는 두꺼운 먼지 구름에 파묻혀 있어 일체 식별되지 않은 채로 남아있었던 것이다.

 

이번 발견은 적외선으로 미리내를 광대역과 고해상도로 관측하기 위해 설계된 VISTA의 독보적인 능력을 임증해 준 셈이 되었다.

 

데카니의 소감은 다음과 같다.
"이번 연구는 미리내 중심 지역방향으로 완전히 가로막혀있는 부분을 탐지해낼 수 있는 VISTA의 독보적인 능력을 보여주는 결과입니다.
현재 진행중인, 그리고 진행이 예정중인 다른 관측 프로그램으로서는 도달할 수 없는 수준의 능력이죠."  
 
미니티 역시 VVV 관측 이전까지 이 지역은 완전히 미지의 영역으로만 남아 있던 지역이라고 말했다.

 

이 세페이드 변광성들이 실제로는 어디에서 탄생한 것인지, 머나먼 지역에서 탄생하여 이곳으로 유입된 것인지, 아니면 현재 위치에서 가까운 지역에서 태어난 것인지를 측정하기 위한 추가 연구가 필요한 상황이다.

 

이들의 근본적인 속성과 상호과정, 그리고 진화 양상에 대한 이해는 미리내의 진화 및 은하 전체라는 측면에서 은하의 진화 과정을 이해하는데 핵심적인 도전과제가 될 것이다.

 

각주
[1] VVV 관측은 5개의 근적외선 대역을 이용하여 미리내의 중심 부분을 관측하는 프로그램이다.
관측 대상 지역의 크기는 520제곱도이며 여기에는 최소 355 개의 산개성단과 33 개의 구상성단이 포함되어 있다.
VVV 는 많은 수의 변광성들을 감지해내기 위해 다양한 시기의 관측을 수행하고 있으며 각 하늘 구역을 100번 이상의 다른 시간대에 주의깊게 관측하게 된다.

약 10억개 지점을 겨냥한 목록에는 약 백만여 개의 깜빡이 들이 포함되어 있는 것으로 예상된다.

이 자료들은 미리내 팽대부에 대한 3차원 지도를 만드는데 사용될 예정이다.

 

[2] 별사이 공간 우주에 흩어져 있는 먼지 구름들은 가시광선을 흡수하고 산란시키면서 불투명하게 만든다.
그러나 VISTA에 의해 관측되는 긴 파장의 빛은 구름을 쉽게 통과하기 때문에 먼지 너머를 관측할 수 있는 수단이 된다.

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release  2015년 10월 28일자 
         http://www.eso.org/public/news/eso1542/        

 

참고 : 우리은하 미리내를 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>

eso1542 — Science Release

VISTA Discovers New Component of Milky Way

28 October 2015

Astronomers using the VISTA telescope at ESO’s Paranal Observatory have discovered a previously unknown component of the Milky Way. By mapping out the locations of a class of stars that vary in brightness called Cepheids, a disc of young stars buried behind thick dust clouds in the central bulge has been found.

The Vista Variables in the Vía Láctea Survey (VVV) [1] ESO public survey is using the VISTA telescope at the Paranal Observatory to take multiple images at different times of the central parts of the galaxy at infrared wavelengths [2]. It is discovering huge numbers of new objects, including variable stars, clusters and exploding stars (eso1101, eso1128, eso1141).

A team of astronomers, led by Istvan Dékány of the Pontificia Universidad Católica de Chile, has now used data from this survey, taken between 2010 and 2014, to make a remarkable discovery — a previously unknown component of our home galaxy, the Milky Way.

“The central bulge of the Milky Way is thought to consist of vast numbers of old stars. But the VISTA data has revealed something new — and very young by astronomical standards!” says Istvan Dékány, lead author of the new study.

Analysing data from the survey, the astronomers found 655 candidate variable stars of a type called Cepheids. These stars expand and contract periodically, taking anything from a few days to months to complete a cycle and changing significantly in brightness as they do so.

The time taken for a Cepheid to brighten and fade again is longer for those that are brighter and shorter for the dimmer ones. This remarkably precise relationship, which was discovered in 1908 by American astronomer Henrietta Swan Leavitt, makes the study of Cepheids one of the most effective ways to measure the distances to, and map the positions of, distant objects in the Milky Way and beyond.

But there is a catch — Cepheids are not all the same — they come in two main classes, one much younger than the other. Out of their sample of 655 the team identified 35 stars as belonging to a sub-group called classical Cepheids — young bright stars, very different from the usual, much more elderly, residents of the central bulge of the Milky Way.

The team gathered information on the brightness, pulsation period, and deduced the distances of these 35 classical Cepheids. Their pulsation periods, which are closely linked to their age, revealed their surprising youth.

“All of the 35 classical Cepheids discovered are less than 100 million years old. The youngest Cepheid may even be only around 25 million years old, although we cannot exclude the possible presence of even younger and brighter Cepheids,” explains the study’s second author Dante Minniti, of the Universidad Andres Bello, Santiago, Chile.

The ages of these classical Cepheids provide solid evidence that there has been a previously unconfirmed, continuous supply of newly formed stars into the central region of the Milky Way over the last 100 million years. But, this wasn’t to be the only remarkable discovery from the survey’s dataset.

Mapping the Cepheids that they discovered, the team traced an entirely new feature in the Milky Way — a thin disc of young stars across the galactic bulge. This new component to our home galaxy had remained unknown and invisible to previous surveys as it was buried behind thick clouds of dust. Its discovery demonstrates the unique power of VISTA, which was designed to study the Milky Way’s deep structures by wide-field, high-resolution imaging at infrared wavelengths.

“This study is a powerful demonstration of the unmatched capabilities of the VISTA telescope for probing extremely obscured galactic regions that cannot be reached by any other current or planned surveys,” remarks Dékány.

“This part of the galaxy was completely unknown until our VVV survey found it!” adds Minniti.

Further investigations are now needed to assess whether these Cepheids were born close to where they are now, or whether they originate from further out. Understanding their fundamental properties, interactions, and evolution is key in the quest to understand the evolution of the Milky Way, and the process of galaxy evolution as a whole.

Notes

[1] The VVV survey is observing the central parts of our galaxy in five near-infrared bands. The total area of this survey is 520 square degrees and contains at least 355 open and 33 globular clusters. The VVV is multi-epoch in nature in order to detect a large number of variable objects and will provide more than 100 carefully spaced observations at different times for each part of the sky covered. A catalogue with about a billion point sources including about a million variable objects is expected. These will be used to create a three-dimensional map of the bulge of the Milky Way galaxy.

[2] The dust clouds in interstellar space absorb and scatter visible light very effectively and make them opaque. But at longer wavelengths, such as those observed by VISTA, the clouds are much more transparent, allowing the regions beyond the dust to be probed.

More information

This research was presented in a paper entitled “The VVV Survey reveals classical Cepheids tracing a young and thin stellar disk across the Galaxy’s bulge”, by I. Dékány et al., in the Astrophysical Journal Letters.

The team is composed of I. Dékány (Instituto Milenio de Astrofísica, Santiago, Chile; Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile), D. Minniti (Universidad Andres Bello, Santiago, Chile; Instituto Milenio de Astrofísica MAS and Basal CATA, Santiago, Chile; and Vatican Observatory, Vatican City State), D. Majaess (Saint Mary’s University, Halifax, Nova Scotia, Canada; Mount Saint Vincent University, Halifax, Nova Scotia, Canada) , M. Zoccali (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Instituto Milenio de Astrofísica, Santiago, Chile), G. Hajdu (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Instituto Milenio de Astrofísica, Santiago, Chile), J. Alonso-García (Universidad de Antofagasta, Antofagasta, Chile; Instituto Milenio de Astrofísica, Santiago, Chile), M. Catelan (Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile; Instituto Milenio de Astrofísica, Santiago, Chile), W. Gieren (Universidad de Concepción, Concepción, Chile; Instituto Milenio de Astrofísica, Santiago, Chile) and J. Borissova (Universidad de Valparaíso, Valparaíso, Chile; Instituto Milenio de Astrofísica, Santiago, Chile).

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”.

Links

• Research paper
• VVV Survey webpages
• Photos of VISTA

Contacts

Istvan Dékány
Instituto Milenio de Astrofí­sica, Pontificia Universidad Católica de Chile
Santiago, Chile
Email: idekany@astro.puc.cl

Dante Minniti
Universidad Andres Bello
Santiago, Chile
Tel: +56 2 2661 8732
Email: dante@astrofisica.cl

Daniel Majaess
Saint Mary’s University, Mount Saint Vincent University
Halifax, Canada
Email: dmajaess@ap.smu.ca

Richard Hook
ESO Public Information Officer
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