W2246-0526 : 부글부글 끓고 있는 우주에서 가장 밝은 은하

 

Credit: NRAO/AUI/NSF; Dana Berry / SkyWorks; ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)

 

그림 > 이 그림은 적외선에서 태양보다 무려 350조 배나 밝게 빛나는 은하 W2246-0526 을 그린 상상화이다.
ALMA 관측에 따르면 이 은하는 너무나 파괴적인 폭풍이 가득하여 새로운 별들을 만드는데 필요한 가스 전체를 우주 공간에 내던져버리는 것으로 생각되고 있다.
 

ALMA를 이용한 새로운 관측에 따르면 우주에서 가장 밝게 빛나는 은하는 - 이 은하는 124억 광년 거리에 있으며 이른바 어두운 퀘이사 (obscured quasar)로 불린다 - 너무나 파괴적인 난기류를 거느리고 있어 새로운 별을 생성하는데 필요한 가스 전체를 모두 내던져 버리고 있는 것으로 보인다.

 

연구팀은 ALMA를 이용하여 사상 처음으로 은하가 가지고 있는 별 사이 공간의 가스와 먼지들과 같은 물질들의 실질적인 움직임을 추적하였다.

 

칠레 산티아코, 디에고 포르탈레스 대학의 타니오 디아즈-산토스(Tanio Diaz-Santos)에 따르면 연구팀이 발견한 것은 "스스로 뿔뿔이 찢어지고 있는 너무나도 혼란스러운 은하"라고 한다.

 

NASA 광대역 적외선 탐사 위성(Wide-field Infrared Survey Explorer, 이하 WISE)은 W2246-0526 이라는 이름의 이 은하가 적외선 대역에서 태양의 350조배에 육박하는 강력한 밝기를 가지고 있음을 밝혀낸바 있다.

 

그 내용은 이 은하가 어두운 퀘이사라는 점을 말해주고 있다.
어두운 퀘이사란 두꺼운 먼지에 완벽하게 가려져 있으면서 왕성하게 주위의 물질들을 먹어치우는 초거대질량의 블랙홀을 거느린, 매우 멀리 떨어져 있는 은하를 말한다.
 
이 은하의 놀랄만한 밝기는 초거대질량의 블랙홀 주위를 나선형으로 돌며 엄청난 온도로 가열되고 있는 매우 작지만 어마어마한 에너지를 가진 가스원반에 의해 나타나는 것이다.
이 강착원반으로부터 뿜어져나오는 빛은 그 주변의 먼지에 의해 흡수되고 먼지는 그 에너지를 적외선에서 다시 복사해낸다.

 

이번 ALMA관측팀의 책임자인 디에고 포르탈레스 대학의 천문학자 로베르토 아세프(Roberto Assef)의 설명은 다음과 같다.
"이러한 속성들이 이 천체를 적외선의 괴물로 만들어주고 있죠.
먼지에 의해 복사된 강력한 적외선 에너지는 전체 은하에 직접적이고 파괴적인 충격을 가합니다.
그리고 별사이 공간 물질 전반에 걸쳐 극단적으로 파괴적인 기류를 만들어내게 되죠."

 

천문학자들은 이러한 과정을 주전자에서 부글부글 끓고 있는 물에 비유한다.

만약 이러한 상태가 지속되면 은하의 강력한 적외선 복사는 별사이 공간의 가스를 모두 데워 날려버리게 될 것이다.

 

이 은하는 대단히 독특한 유형의 퀘이사에 속하는데, 그 이름은 고온의 먼지 차폐 은하(Hot, Dust-Obscured Galaxies)로서 줄여서 Hot DOGs라 부른다.
이 유형의 은하는 대단히 드물어서 WISE의 관측에 따르면 3천개 퀘이사마다 1개 꼴로 발견된다.

 

이번에 천문학자들은 ALMA를 이용하여 은하 전역에서 이온화 탄소의 움직임을 매우 정밀하게 그려냈다.
별사이 공간의 가스를 추적하는 단서이기도 한 이 원자는 자연스럽게 적외선을 방출해내며, 이렇게 방출된 적외선이 지구까지 광활한 공간을 여행하면서 우주 자체의 팽창에 의해 밀리미터 파장까지 이동하게 된다.

 

디아즈-산토스는 은하 전역이 극단적인 혼란에 휩싸인 와중에 상당한 양의 이온화 탄소가 발견되었다고 말했다.
이 데이터는 별사이 우주공간의 물질이 은하 전역에 걸쳐 초속 500에서 600킬로미터의 속도로 은하 어디든 물려다니고 있음을 말해주고 있다.

 

천문학자들은 이러한 난기류가 블랙홀을 둘러싸고 있는 지역이 다른 지역보다 최소 100배 이상 밝게 빛난다는 사실과 연관이 있을 것으로 생각하고 있다.
다른 퀘이사에서 이 비율은 훨씬 더 경미하게 나타나고 있다.

 

강력하지만 아직 국지적으로 발생하는 복사는 전체 은하에 거대한 압력을 행사하고 잠재적으로 파괴적인 효과를 만들어낸다.

 

NASA 제트추진연구소의 피터 아이센하르트(Peter Eisenhardt)의 설명은 다음과 같다.
"우리는 이 은하가 WISE를 통해 그 모습이 드러난 어마어마한 양의 적외선 에너지 때문에 삶의 전환기에 있다고 생각합니다.
지금 ALMA는 은하의 격렬한 용광로에 의해 은하 전체가 완전히 끓어넘치는 모습을 보여주고 있는 것입니다."

 

ALMA의 관측 데이터를 기반으로 분석한 이 은하의 역학에 대한 모델은 이 은하가 불안정한 상태이며 별사이 우주공간의 가스는 모든 방향으로 밀려나가고 있음을 말해주고 있다.

 

이러한 사실은 이 은하가 고온의 먼지 차폐 은하가 된지 얼마나 됐는지를 추정할 수 있으며 은하가 나이를 먹어갈수록 전형적인, 차폐되지 않은 퀘이사가 되어간다는 것을 말해주는 것이다.

 

디에고 포르탈레스 대학 마누엘 아라베나(Manuel Aravena)의 소감은 다음과 같다.
"이러한 패턴이 지속된다면 향후 W2246은 자신이 가지고 있던 엄청난 양의 가스와 먼지를 읽어버리게 될 것입니다.
독보적인 해상도를 가진 ALMA만이 이러한 모습을 볼 수 있게 해줌으로써 이처럼 은하의 일생에서 중요한 단계를 정의하고, 측정할 수 있게 해준답니다."

 

출처 : 국립 전파 천문대(National Radio Austronomy Observatory) Press Release  2016년 1월 15일자
          https://public.nrao.edu/news/pressreleases/alma-2016-luminous-galaxy
        

참고 : W2246-0526을 비롯한 다양한 은하단 및 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>

Embargoed for Release: January 15, 2016; 8 a.m. EST

Extreme Turbulence Roiling 'Most Luminous Galaxy' in the Universe

The most luminous galaxy in the Universe – a so-called obscured quasar 12.4 billion light-years away – is so violently turbulent that it may eventually jettison its entire supply of star-forming gas, according to new observations with the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA).

A team of researchers used ALMA to trace, for the first time, the actual motion of the galaxy's interstellar medium – the gas and dust between the stars. What they found, according to Tanio Díaz-Santos of the Universidad Diego Portales in Santiago, Chile, is a galaxy "so chaotic that it is ripping itself apart."

Previous studies with NASA's Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) spacecraft reveal that the galaxy, dubbed W2246-0526, is glowing in infrared light as intensely as approximately 350 trillion Suns.

Evidence strongly suggests that this galaxy is an obscured quasar, a very distant galaxy with a voraciously feeding supermassive black hole at its center that is completely obscured behind a thick blanket of dust. 

This galaxy's startling brightness is powered by a tiny, yet incredibly energetic disk of gas that is being superheated as it spirals in on the supermassive black hole. The light from this blazingly bright accretion disk is then absorbed by the surrounding dust, which re-emits the energy as infrared light. 

"These properties make this object a beast in the infrared," said Roberto Assef, an astronomer with the Universidad Diego Portales and leader of the ALMA observing team. "The powerful infrared energy emitted by the dust then has a direct and violent impact on the entire galaxy, producing extreme turbulence throughout the interstellar medium."

The astronomers compare this turbulent action to a pot of boiling water. If these conditions continue, they say, the galaxy's intense infrared radiation will boil away all of its interstellar gas.

This galaxy belongs to a very unusual type of quasar known as Hot, Dust-Obscured Galaxies or Hot DOGs. These objects are very rare; only 1 out of every 3,000 quasars observed by WISE belongs to this class.

The astronomers used ALMA to precisely map the motion of ionized carbon atoms throughout the entire galaxy. These atoms, which are tracers for interstellar gas, naturally emit infrared light, which becomes shifted to millimeter wavelengths as it travels the vast cosmic distances to Earth due to the expansion of the Universe. 

"Large amounts of ionized carbon were found in an extremely turbulent dynamic state throughout the galaxy," Díaz-Santos describes. The data reveal that this interstellar material is careening anywhere from 500 to 600 kilometers per second across the entire galaxy.

The astronomers believe that this turbulence is primarily due to the fact that the region around the black hole is at least 100 times more luminous than the rest of the galaxy combined; in other quasars, the proportion is much more modest. This intense yet localized radiation exerts tremendous pressure on the entire galaxy, to potentially devastating effect.

"We suspected that this galaxy was in a transformative stage of its life because of the enormous amount of infrared energy discovered with WISE," said Peter Eisenhardt with NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Calif. "Now ALMA has shown us that the raging furnace in this galaxy is making the pot boil over."

Current models of galactic dynamics combined with the ALMA data indicate that this galaxy is unstable and its interstellar gas is being blown away in all directions. This suggests that the galaxy's Hot DOG days are numbered as it matures into a more traditional unobscured quasar.

"If this pattern continues, it is possible that in the future W2246 ends up shedding a large part of the gas and dust it contains," concludes Manuel Aravena also from the Universidad Diego Portales. only ALMA, with its unparalleled resolution, can allow us to see this object in high definition and fathom such an important episode in the life of this galaxy."

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The National Radio Astronomy Observatory is a facility of the National Science Foundation, operated under cooperative agreement by Associated Universities, Inc.

This research is in a paper "The Strikingly Uniform, Highly Turbulent Interstellar Medium of The Most Luminous Galaxy in the Universe”, by T. Díaz-Santos et al., and will be published in the journal Astrophysical Journal Letters.

The team is composed of T. Díaz-Santos (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), R. J. Assef (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), A. W. Blain (University of Leicester, UK) , C.-W. Tsai (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA) , M. Aravena (Universidad Diego Portales, Santiago, Chile), P. Eisenhardt (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA), J. Wu (University of California Los Angeles, California, USA), D. Stern (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA) and C. Bridge (Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Pasadena, California, USA).

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of the European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO), the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the National Science Council of Taiwan (NSC) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI).

ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.