키소 5639 (Kiso 5639, 또는 KUG 1138+327)

 

Credit: NASA, ESA, and D. Elmegreen (Vassar College), B. Elmegreen (IBM's Thomas J. Watson Research Center), J. Sanchez Almeida, C. Munoz-Tunon, and M. Filho (Instituto de Astrofisica de Canarias), J. Mendez-Abreu (University of St. Andrews), J. Gallagher (University of Wisconsin-Madison), M. Rafelski (NASA Goddard Space Flight Center), and D. Ceverino (Center for Astronomy at Heidelberg University)

 

사진 1> 허블우주망원경이 찍은 이 사진에서 별들의 탄생이 만들어내는 폭죽이 작은 은하 키소 5639 (Kiso 5639)의 한쪽 끝에 불을 밝히고 있다.

이 난쟁이 은하는 평평한 팬케익을 닮은 은하이다.
그러나 이 은하가 우리에게 모서리를 보여주고 있기 때문에 이 은하는 찬란하게 빛나는 머리와 별들로 장식된 기다란 꼬리를 가진 로켓폭죽과 같은 모습을 보여주고 있다.

키소 5639는 밝은 머리 부분과 길쭉한 꼬리 때문에 이른바 '올챙이(tadpoles)'라 불리는 유형의 은하이다.

이 은하는 상대적으로 가까운 거리인 8,200만 광년 거리에 위치하고 있다.

올챙이 은하는 국부 우주에서는 매우 드물게 발견되는 은하이며 오히려 먼 우주에서 더 일반적으로 발견된다.
이는 오늘날 눈에 보이는 많은 은하들이 진화과정에서 이와 같은 형태를 지니는 단계를 지나왔음을 말해주는 것이다.

키소 5639에 대한 허블우주망원경의 관측을 통해 이 은하의 한쪽 끝에 있는 별들과, 수소가 만들어내는 밝은 분홍빛의 불꽃을 식별해 낼 수 있었다.

새로운 별들이 만들어내는 폭발이 지름 약 2,700 광년 지역 전역에서 수소구름의 불꽃을 만들어내고 있다.

이 지역에 있는 갓태어난 어린 별들의 총질량은 태양 100만개와 맞먹는 수준이다.

이 별들은 거대한 별무리로 뭉쳐져 있는데, 이 별무리가 형성된 지 아직 채 100만년도 되지 않았다.

별들은 주로 수소와 헬륨으로 구성되지만 산소나 탄소와 같은 비교적 무거운 원소들을 벼려낸다.

별이 최후를 맞게 되면 그동안 벼려진 무거운 원소들이 퍼져나가면서 주위를 둘러싼 가스에서 무거운 원소들의 비중은 높아지게 된다.

키소 5639 은하의 머리부분에 있는 밝은 가스에는 은하의 나머지 부분들에 비해 이 무거운 원소들이 상대적으로 더 결핍된 양상을 보여준다.

따라서 천문학자들은 이 새로운 별들의 형성이 주위를 둘러싼 좀더 원시적인 가스의 강착에 의해 촉발되는 것으로 생각하고 있다.
왜냐하면 이 은하를 둘러싸고 있는 은하간 우주공간은 좀 더 원시적인 수소가스가 더 많이 존재할 것이기 때문이다.

기다란 꼬리가 은하의 머리부분으로부터 뻗어나오고 있는 듯이 보이며 여기에는 밝고 푸른 별들이 가득 뿌려져 있다.
이곳에도 명백하게 새로운 별들이 만들어지고 있는 것으로 보이는 지역이 최소한 4개가 존재한다.

이곳에 있는 별들은 그러나 새로운 별들이 만들어지고 있는 머리 부분보다 더 나이를 먹은 별들이다.

허블우주망원경은 또한 새로운 별들이 탄생하고 있는 끝부분 곳곳에 뚫려져 있는 거대한 구멍들도 식별해 주었다.

수많은 초신성 폭발로 엄청나게 높은 온도로 가열된 가스들에 의해 파헤쳐진 이 텅빈 부분들은 은하의 머리를 마치 스위스 치즈처럼 보이게 만든다.

가스와 별들로 구성된 성긴 다발이 이 우주 올챙의 몸통으로부터 뻗어나오고 있다.

이 사진들은 2015년 2월과 7월 허블 WFC3를 이용하여 촬영되었다.

 

불꽃놀이는 비단 지구에서만 즐길 수 있는 놀이는 아니다.
허블우주망원경이 마치 폭죽과 같은 모습을 보여주고 있는 지근거리의 작은 은하를 포착해냈다.

 

별들의 탄생을 알리는 불꽃폭풍이 키소 5639 (Kiso 5639)라는 이름의 작은 은하의 한쪽 끝부분을 환하게 밝히고 있다.
평평한 팬케이크 모양의 이 난쟁이은하는 우리에게 모서리를 드러내고 있어 불꽃이 작렬하는 머리 부분과 별들이 가득 들어찬 기다란 꼬리를 갖춘 로켓 불꽃 모양을 연출하고 있다.

 

키소 5639는 지근거리에 있는 타원은하로는 희귀한 은하이다.
이 은하는 우리가 관측한 비교적 이른 시기의 우주, 더 멀리 떨어져 있는 우주에서 풍부하게 만들어진 은하에 속한다.

 

천문학자들은 이 은하가 우주 공간을 떠다니면서 한쪽 끝부분에 은하간 우주 공간의 가스가 비처럼 떨어지게 되고, 이로부터 극적인 별의 탄생이 촉발되는 것으로 추정하고 있다.

 

이번 연구의 책임자인 뉴욕 포킵시 바사르 대학 데브라 엘메그린(Debra Elmegreen)의 설명은 다음과 같다.
"저는 키소 5639가 매우 아름다운 은하이고, 오래전에 대체적으로 어떤 일들이 있었는지를 바로 눈앞에서 보여주는 예라고 생각합니다.
오늘날 은하는 초기 우주에서 주위 이웃 은하들과 합쳐지면서 성장한 것으로 추정되고 있습니다.
지금 이 은하가 보여주고 있는 단계는 우리 미리내를 비롯해서 성장을 지속해 나가는 은하들이 반드시 통과해야 했던 단계를 보여주고 있는 것입니다."
 

허블울트라딥필드와 같은 초기 우주의 관측은 전체 은하의 10% 정도가 타원형을 띠고 있다는 사실을 알려주었다.
이들은 총체적으로 "올챙이은하(tadpoles)"라는 이름으로 불리는데, 근거리 우주에 대한 연구를 통해 키소 5639를 비롯한 이처럼 독특한 형태의 은하는 얼마 남아 있지 않다는 사실을 알게 되었다.

 

지근거리에서 별들을 만들어내고 있는 올챙이 은하들은,  유사한 시기에 성장하여 오늘날 우리 눈에 보이는 수많은 나선은하로 몸집을 불려나간 다른 은하들에 비해 발달이 뒤쳐진 은하이다.

 

엘메그린은 키소 5639의 상세한 사진을 촬영하기 위해 허블우주망원경의 WFPC3를 이용하였다.
서로다른 파장으로 촬영된 사진들은 각각의 파장에 담긴 빛의 구성 색채를 분석함으로써 그 정보를 알 수 있었다.
 
허블우주망원경의 해상도는 엘메그린과 팀원들이 키소 5639 내에 있는 거대한 별 생성 구역을 분석하고 별무리들의 질량과 연령을 분석할 수 있도록 도움이 되었다.

 

국제연구팀은 키소 5639를 근거리에 자리잡고 있는 10개 올챙이 은하에 대한 분광관측 데이터로부터 연구대상 은하로 선정되었다.
이후 스페인 라 팔마의 그랜드 카나리 천문대에서 산체스 알마이다(Sanchez Almeida)와 카나리 천문연구소의 협력 연구원들에 의해 관측이 진행되었다.

 

이를 통해 키소 5639를 비롯한 대부분의 은하들에서 가스의 구성 성분 분포가 제각각임을 알게 되었다.

 

이 은하 머리 부분에 있는 밝은 가스에서는 탄소나 산소와 같은 무거운 원소들(이 무거운 원소들은 총칭하여 "금속원소"라고 부른다.)이 여타 지역보다 상대적으로 희박하게 존재한다.

 

별들은 주로 수소와 헬륨으로 구성되어 있으며 다른 "무거운"원소들을 벼려내는 역할을 한다.
그리고 별이 죽을 때, 이 무거운 원소들을 뿌려내면서 주변의 가스를 더더욱 풍성하게 만든다.

 

엘메그린의 설명은 다음과 같다.
"은하간 우주공간이 훨씬 더 오래전에 합성된 풍부한 수소 가스를 가지고 있기 때문에 이처럼 희박한 금속성 원소는 이 지역이 대부분 수소로 구성된 순수한 가스들이 몰려 있으며 그래서 별이 생성되는 지역이 될 수 있었음을 말해주는 것입니다.
그게 아니라면 폭발적으로 별들이 탄생하는 지역은 은하의 여타지역과 마찬가지로 무거운 원소들이 풍부하게 존재하는게 맞았을 것입니다."
 

허블우주망원경은 별들이 폭발적으로 만들어지고 있는 은하의 장관을 세부적으로 볼 수 있게 해 주었다.
허블우주망원경은 이 은하에서 별이 생성되고 있는 지름 2,700 광년의 머리 부분에서 수십 개의 별무리를 발견하였다.
이 별무리들의 평균 연령은 100만년 이 채 되지 않으며 별무리의 질량은 이 은하의 여타 부분에 있는 별무리 대비 3배에서 6배 수준이다.

 

또다른 별 생성 구역이 은하 여타 지역에도 존재하지만 그 규모는 훨씬 작은 편이다.
이 여타 지역에 존재하는 별무리들의 연령은 수백만년에서 10~20억년 정도에 해당한다.

 

연구팀의 일원인 IBM 토마스 J.완슨 연구 센터 부루스 엘메그린(Bruce Elmegreen)의 설명은 다음과 같다.
"이처럼 작은 은하에서 충분히 생각할 수 있는 바와 같이, 이 은하는 머리 부분에 훨씬 더 많은 별 생성 구역이 존재합니다.
우리는 이러한 별생성이 금속성 원소가 별로 존재하지 않는 가스의 강착에 의해 형성된 것이라고 생각합니다.
그게 아니었다면 이 은하는 그저 아무런 특징이 없는 조용한 난쟁이 은하였겠죠."

 

허블우주망원경은 또한 별들이 왕성하게 탄생하고 있는 이 은하의 머리 부분에 골고루 존재하는 거대한 구멍들도 보여주었다.
수많은 초신성 폭발로 엄청나게 높은 온도로 가열된 가스들에 의해 파헤쳐진 이 텅빈 부분들은 은하의 머리를 마치 스위스 치즈처럼 보이게 만든다.

 

8,200만 광년 거리에 위치하고 있는 이 은하는 가스가 거의 존재하지 않는 우주의 고립된 '사막'을 떠다니고 있기 때문에 은하의 형성까지는 수십억 년이 소요되었다.

이처럼 발전이 뒤처진 은하들에서 폭발적인 별의 생성을 촉발시킨 것은 무엇일까?

 

독일 하이델베르그 대학의 다니엘 체베리노(Daniel Ceverino)와 다른 연구팀의 연구원들이 수행한 시뮬레이션에 따르면 백만 년도 채 되지 않은 과거에 키소 5639의 전진방향 모서리가 가스 다발과 충돌한 것으로 보인다.

이 가스다발로부터 엄청난 물질 덩어리가 은하로 쏟아져내렸고, 이로부터 엄청난 규모의 별 생성이 촉발된 것이다.

 

데브라 엘메그린은 향후 이 은하의 또다른 부분이 격렬한 별 탄생을 촉발시키게 될 것으로 생각하고 있다.

 

엘메그린의 설명은 다음과 같다.
"은하는 회전을 하고 키소 5639 역시 자전하고 있어 이 은하의 다른 부분이 이 가스다발로부터 새로운 가스를 주입받게 될 것입니다.
그렇게 되면 또한번의 불꽃놀이가 펼쳐지게 되는 셈이죠."

 

연구팀의 연구결과는 천체물리학 저널에 개재가 수락되었다.
 

 

출처 : 허블사이트 2016년 6월 28일 발표 뉴스
         http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2016/23/

        

참고 : 키소 5639(Kiso 5639)를 포함한 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 하기 링크 INDEX를 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>

News Release Number: STScI-2016-23

Hubble Reveals Stellar Fireworks in 'Skyrocket' Galaxy

Fireworks shows are not just confined to Earth's skies. NASA's Hubble Space Telescope has captured a spectacular fireworks display in a small, nearby galaxy, which resembles a July 4th skyrocket.

A firestorm of star birth is lighting up one end of the diminutive galaxy Kiso 5639. The dwarf galaxy is shaped like a flattened pancake, but because it is tilted edge-on, it resembles a skyrocket, with a brilliant blazing head and a long, star-studded tail.

Kiso 5639 is a rare, nearby example of elongated galaxies that occur in abundance at larger distances, where we observe the universe during earlier epochs. Astronomers suggest that the frenzied star birth is sparked by intergalactic gas raining on one end of the galaxy as it drifts through space.

"I think Kiso 5639 is a beautiful, up-close example of what must have been common long ago," said lead researcher Debra Elmegreen of Vassar College, in Poughkeepsie, New York. "The current thinking is that galaxies in the early universe grow from accreting gas from the surrounding neighborhood. It's a stage that galaxies, including our Milky Way, must go through as they are growing up."

Observations of the early universe, such as Hubble's Ultra Deep Field, reveal that about 10 percent of all galaxies have these elongated shapes, and are collectively called "tadpoles." But studies of the nearby universe have turned up only a few of these unusual galaxies, including Kiso 5639. The development of the nearby star-making tadpole galaxies, however, has lagged behind that of their peers, which have spent billions of years building themselves up into many of the spiral galaxies seen today.

Elmegreen used Hubble's Wide Field Planetary Camera 3 to conduct a detailed imaging study of Kiso 5639. The images in different filters reveal information about an object by dissecting its light into its component colors. Hubble's crisp resolution helped Elmegreen and her team analyze the giant star-forming clumps in Kiso 5639 and determine the masses and ages of the star clusters.

The international team of researchers selected Kiso 5639 from a spectroscopic survey of 10 nearby tadpole galaxies, observed with the Grand Canary Telescope in La Palma, Spain, by J. Sánchez Almeida and collaborators at the Instituto de Astrofísica de Canarias. The observations revealed that in most of those galaxies, including Kiso 5639, the gas composition is not uniform.

The bright gas in the galaxy's head contains fewer heavier elements (collectively called "metals"), such as carbon and oxygen, than the rest of the galaxy. Stars consist mainly of hydrogen and helium, but cook up other "heavier" elements. When the stars die, they release their heavy elements and enrich the surrounding gas.

"The metallicity suggests that there has to be rather pure gas, composed mostly of hydrogen, coming into the star-forming part of the galaxy, because intergalactic space contains more pristine hydrogen-rich gas," Elmegreen explained. "Otherwise, the starburst region should be as rich in heavy elements as the rest of the galaxy."

Hubble offers a detailed view of the galaxy's star-making frenzy. The telescope uncovered several dozen clusters of stars in the galaxy's star-forming head, which spans 2,700 light-years across. These clusters have an average age of less than 1 million years and masses that are three to six times larger than those in the rest of the galaxy. Other star formation is taking place throughout the galaxy but on a much smaller scale. Star clusters in the rest of the galaxy are between several million to a few billion years old.

"There is much more star formation going on in the head than what you would expect in such a tiny galaxy," said team member Bruce Elmegreen of IBM's Thomas J. Watson Research Center, in Yorktown Heights, New York. "And we think the star formation is triggered by the ongoing accretion of metal-poor gas onto a part of an otherwise quiescent dwarf galaxy."

Hubble also revealed giant holes peppered throughout the galaxy's starburst head. These cavities give the galaxy's head a Swiss-cheese appearance because numerous supernova detonations — like firework aerial bursts — have carved out holes of rarified superheated gas.

The galaxy, located 82 million light-years away, has taken billions of years to develop because it has been drifting through an isolated "desert" in the universe, devoid of much gas.

What triggered the starburst in such a backwater galaxy? Based on simulations by Daniel Ceverino of the Center for Astronomy at Heidelberg University in Germany, and other team members, the observations suggest that less than 1 million years ago, Kiso 5639's leading edge encountered a filament of gas. The filament dropped a large clump of matter onto the galaxy, stoking the vigorous star birth.

Debra Elmegreen expects that in the future other parts of the galaxy will join in the star-making fireworks show. "Galaxies rotate, and as Kiso 5639 continues to spin, another part of the galaxy may receive an infusion of new gas from this filament, instigating another round of star birth," she said.

The team's results have been accepted for publication in The Astrophysical Journal.

Other team members include Casiana Muñoz-Tuñón and Mercedes Filho (Instituto de Astrofísica de Canarias, Canary Islands), Jairo Mendez-Abreu (University of St. Andrews, United Kingdom), John Gallagher (University of Wisconsin-Madison), and Marc Rafelski (NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland).

CONTACT

Donna Weaver / Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland
410-338-4493 / 410-338-4514
dweaver@stsci.edu / villard@stsci.edu

Debra Elmegreen
Vassar College, Poughkeepsie, New York
elmegreen@vassar.edu