테르잔 5 (Terzan 5)

 

Credit:ESO/F. Ferraro

 

사진 1> 천문학자들로 구성된 국제연구팀이 미리내 중심 팽대부의 두꺼운 먼지구름을 뚫고 그 속을 들여다 본 결과 테르잔 5 라는 이름의, 별들의 독특한 구성상태를 보여주는 별무리를 발견했다.
이번 결과는 테르잔 5가 미리내의 팽대부를 구성한 블럭 중 하나이며 미리내가 처음 생성되던 시기로부터 남겨진 유물일 수도 있음을 말해주는 것이다.
이 사진은 E-ELT와 2세대 VLT 장비의 프레임워크 내에서 다양한 기술의 타당성을 구현하는데 사용되는 적응광학시스템 시제품인 다목적적응광학시연기(the Multi-conjugate Adaptive Optics Demonstrator, 이하 MAD)로 촬영된 것이다.
별의 색깔은 동일한 지역을 촬영한 허블우주망원경 사진으로 채워졌다.

 

 

천문학자들로 이루어진 국제 연구팀이 ESO 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)과 여러 망원경들을 이용하여 초기 미리내가 품고 있었던 다양한 나이대 별들의 화석화된 잔해를 발견해냈다.

이 별뭉치는 마치 구상별무리를 닮았는데 이와 같은 형태의 별무리로서 현재까지 알려진 것은 존재하지 않는다.
이 별뭉치의 별들은 미리내에서 가장 오래된 별들과 상당히 닮아있으며 미리내의 과거와 현재사이의 간극을 이해하는데 가교가 되어줄 것으로 보인다.

 

미리내의 중심부인 궁수자리 방향으로 지구로부터 19,000 광년 거리에 존재하는 테르잔 5 (Terzan 5)는 최초 발견이후 40여년간 구상별무리로 분류되어왔다.

그러나 이탈리아의 천문학자들이 이끄는 국제연구팀은 테르잔 4가 그 어떤 구상별무리와도 같지 않은 별무리임을 밝혀냈다.

 

연구팀은 VLT에 장착되어 있는 다목적적응광학시연기(the Multi-conjugate Adaptive Optics Demonstrator, 이하 MAD)[1]와 지상과 우주에 자리잡고 있는 여러 망원경들의 조합 [2]으로 이번 데이터를 얻을 수 있었다.

연구팀은 테르잔 5에 명백하게 구분되는 두 종류의 별들이 존재한다는 강력한 증거를 발견하였다.
이 별들은 구성 성분의 차이뿐만 아니라 그 연령에서도 70억년의 차이를 보였다.[3]

 

이처럼 두 세대의 별들간에 나타나는 나이차는 테르잔 5에서의 별생성이 연속적으로 이루어진 것이 아니라 서로 명백하게 구분되는 두 번의 폭발적인 별 생성 사건이 있었음을 말해주는 결과이다.

 

이번 논문의 공동저자인 네덜란드 그로닝겐 대학 및 INAF 소속의 다비드 마사리(Davide Massari)의 설명은 다음과 같다.
"테르잔 5에서 2세대 별들이 탄생되기 위해서는 엄청난 양의 가스가 필요했을 것입니다.
그리고 그 질량도 반드시 엄청난 수준이어야 했는데 최소한 태양의 1억배에 해당하는 질량의 가스가 필요했을 것입니다."

 

이러한 독특한 속성은 테르잔 5를 초기 미리내부터 유래하는 살아있는 별의 화석을 연구할 수 있는 최상의 후보로 만들어주고 있다.

 

은하의 형성에 대한 오늘날의 이론은 광활한 가스뭉치와 별들이 미리내의 원시 팽대부 형성과 연관되어 뭉쳐지기도 하고 흩어지기도하는 과정이 반복진행된 것으로 가정하고 있다.

 

이번 논문의 주저자인 볼로냐 대학 프란시스코 페라로(Francesco Ferraro)의 설명은 다음과 같다.
"이 가스 덩어리 잔해들은 은하 내부에 자리잡고 있어 상대적으로 덜 분산되고 계속 유지될 수 있었을 것으로 생각됩니다.
이와 같은 은하의 화석들은 천문학자들로 하여금 미리내의 역사를 연구하는데 있어 중요한 조각을 끼워맞출 수 있도록 해주는 재료가 되죠."

 

테르잔 5의 속성들은 구상별무리에 있어서는 일반적이지 않은 속성이며 별들이 빽빽하게 몰려 있는 미리내의 중심 팽대부에서 발견되는 별들의 속성과 매우 유사하다.
이러한 유사성은 테르잔 5가 미리내 형성에서 화석화되어 남겨진 잔해일 수 있음을, 즉, 우리 미리내가 최초 형성되던 당시 하나의 벽돌이었을 가능성이 있음을 말해주는 것이다.
 
이러한 가정은 테르잔 5가 두세대의 별들을 만들어내는데 필요한 최초 질량을 보유하고 있었다는데서 더 강력한 근거를 얻고 있다.
그 질량이 120억년 전쯤 미리내가 조합되던 당시 미리내의 블룩부를 형성하는데 필요할 것으로 가정되는 거대 가스덩이의 질량과 유사한 것이다.

 

테르잔 5는 수십억년 동안 붕괴를 겪으면서도 그럭저럭 살아남았고, 머나먼 과거에 남겨진 미리내의 잔해를 여전히 보유하고 있다.

 

페라로의 설명은 다음과 같다.
"테르잔 5의 몇몇 특성은 높은 적색편이를 보이며 별들을 만들어내고 있는 은하들에서 볼 수 있는 거대한 가스 덩어리의 특성과 유사합니다.
이러한 사실은 은하가 형성되던 당시 머나먼 우주와 국부 우주에서 일어난 은하 조합 과정이 동일함을 말해주는 결과입니다."
 
따라서 이번 발견은 은하형성에 대한 완벽한 이해로 나아가는 길을 닦아주는 것이라 할 수 있다.

 

페라로는 이번 발견의 중요성을 다음과 같이 설명하였다.
"테르잔 5는 은하의 팽대부가 형성되는 과정을 말해주는 살아있는 증거로서 국부 우주와 머나먼 우주간에 흥미로운 연결고리를 말해줄 수 있는 천체입니다."
 
연구팀은 천문학자들이 은하 형성의 수수께끼를 풀 수 있는 가능성의 길을  열어주었으며 미리내의 복잡한 역사에 대해, 현재로서는 맞설 수 있는 이론이 없는 새로운 관점을 제공해주었다.
 

 

사진 2>  허블우주망원경이 촬영한 테르잔 5, Credit:ESO/F. Ferraro

 

 

 

Credit:ESO/IAU and Sky & Telescope

 

표1> 이 별지도는 별들이 풍부하게 들어서 있는 궁수자리를 담은 것이다.

이 지역에 자리잡고 있는 수많은 별무리들 중 하나인 테르잔 5는 구상별무리를 닮은 별무리이다.

별지도 상의 대부분의 별들은 청명하고 어두운 밤이라면 맨눈으로도 볼 수 있는 별들이다.

 

 

Credit:ESO/Digitized Sky Survey 2

 

사진 3> DSS2를 기반으로 제작된 이 광대역 사진에는 테르잔 5와 그 주변지역이 함께 담겨 있다.

 

 

 

 

각주

 

[1] MAD는 다목적적응광학 시스템의 시제품이다.
이 장비는 E-ELT에 채택된 개념과 차세대 VLT 장비의 프레임워크 내에서 또다른 MCAO 재구축 기술의 타당성을 구현하는 목적으로 만들어진 것이다.
  
[2] 과학자들이 이용한 또다른 데이터는 허블우주 망원경에 장착된 WFC3와 W.M.켁 망원경에 장착된 2세대 근적외선 카메라(the Near-Infrared Camera, second generation, NIRC2)이다.

 

[3] 이번에 발견된 2 종류 별들의 연령대는 각각 120억년과 45억년이었다.

 

출처 : 유럽 남반구 천문대(European Southern Observatory) Science Release  2016년 9월 7일자
         http://www.eso.org/public/news/eso1630/

      
참고 : 우리은하 미리내를 비롯한 은하 및 은하단에 대한 각종 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>

eso1630 — Science Release

Astronomers Discover Rare Fossil Relic of Early Milky Way

7 September 2016

Using ESO’s Very Large Telescope and other telescopes a fossilised remnant of the early Milky Way harbouring stars of hugely different ages has been revealed by an international team of astronomers. This stellar system resembles a globular cluster, but is like no other cluster known. It contains stars remarkably similar to the most ancient stars in the Milky Way and bridges the gap in understanding between our galaxy’s past and its present.

Terzan 5, 19 000 light-years from Earth in the constellation of Sagittarius (the Archer) and in the direction of the galactic centre, has been classified as a globular cluster for the forty-odd years since its detection. Now, an Italian-led team of astronomers have discovered that Terzan 5 is like no other globular cluster known.

The team scoured data from the Multi-conjugate Adaptive Optics Demonstrator [1], installed at the Very Large Telescope, as well as from a suite of other ground-based and space telescopes [2]. They found compelling evidence that there are two distinct kinds of stars in Terzan 5 which not only differ in the elements they contain, but have an age-gap of roughly 7 billion years [3].

The ages of the two populations indicate that the star formation process in Terzan 5 was not continuous, but was dominated by two distinct bursts of star formation. “This requires the Terzan 5 ancestor to have large amounts of gas for a second generation of stars and to be quite massive. At least 100 million times the mass of the Sun,” explains Davide Massari, co-author of the study, from INAF, Italy, and the University of Groningen, Netherlands.

Its unusual properties make Terzan 5 the ideal candidate for a living fossil from the early days of the Milky Way. Current theories on galaxy formation assume that vast clumps of gas and stars interacted to form the primordial bulge of the Milky Way, merging and dissolving in the process.

“We think that some remnants of these gaseous clumps could remain relatively undisrupted and keep existing embedded within the galaxy,” explains Francesco Ferraro from the University of Bologna, Italy, and lead author of the study. “Such galactic fossils allow astronomers to reconstruct an important piece of the history of our Milky Way.”

While the properties of Terzan 5 are uncommon for a globular cluster, they are very similar to the stellar population which can be found in the galactic bulge, the tightly packed central region of the Milky Way. These similarities could make Terzan 5 a fossilised relic of galaxy formation, representing one of the earliest building blocks of the Milky Way.

This assumption is strengthened by the original mass of Terzan 5 necessary to create two stellar populations: a mass similar to the huge clumps which are assumed to have formed the bulge during galaxy assembly around 12 billion years ago. Somehow Terzan 5 has managed to survive being disrupted for billions of years, and has been preserved as a remnant of the distant past of the Milky Way.

“Some characteristics of Terzan 5 resemble those detected in the giant clumps we see in star-forming galaxies at high-redshift, suggesting that similar assembling processes occurred in the local and in the distant Universe at the epoch of galaxy formation,“ continues Ferraro.

Hence, this discovery paves the way for a better and more complete understanding of galaxy assembly. “Terzan 5 could represent an intriguing link between the local and the distant Universe, a surviving witness of the Galactic bulge assembly process,” explains Ferraro while commenting on the importance of the discovery. The research presents a possible route for astronomers to unravel the mysteries of galaxy formation, and offers an unrivaled view into the complicated history of the Milky Way.

Notes

[1] The Multi-Conjugate Adaptive Optics Demonstrator (MAD) is a prototype multi-conjugate adaptive optics system which aims to demonstrate the feasibility of different MCAO reconstruction techniques in the framework of the E-ELT concept and the second generation VLT Instruments.

[2] The researchers also used data from the Wide Field Camera 3 on board the NASA/ESA Hubble Space Telescope and NIRC2 (the Near-Infrared Camera, second generation) at the W. M. Keck Observatory.

[3] The two detected stellar populations have ages of 12 billion years and 4.5 billion years respectively.

More information

This research was presented in a paper entitled “The age of the young bulge-like population in the stellar system Terzan 5: linking the Galactic bulge to the high-z Universe”, by F. R. Ferraro et al., which will be published in the Astrophysical Journal.

The team is composed of F. R. Ferraro (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Bologna, Italy) , D. Massari (INAF - Osservatorio Astronomico di Bologna, Italy & Kapteyn Astronomical Institute, University of Groningen, Netherlands), E. Dalessandro (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Bologna, Italy; INAF - Osservatorio Astronomico di Bologna, Italy) , B. Lanzoni (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Bologna, Italy), L. Origlia (INAF - Osservatorio Astronomico di Bologna, Italy), R. M. Rich (Department of Physics and Astronomy, University of California, Los Angeles, USA) and A. Mucciarelli (Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università degli Studi di Bologna, Italy).

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

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• Link to the Hubble press release
• Photos of the VLT
• MAD instrument page

Contacts

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Email: francesco.ferraro3@unibo.it

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