미리내의 가스 흐름을 조사한 결과 원인을 알 수 없는 추가유입가스가 발견되었다.

 

CREDITS:NASA, ESA, and D. Player (STScI)

 

도표 1> 이 도표는 미리내 원반 위아래 방향으로 나타나는 가스의 재사용양상을 도식화한 것이다.

허블우주망원경은 감도높은 우주기원분광측정기(Cosmic Origins Spectrograph, COS)를 이용하여 은하원반에서 떠오르거나 은하원반으로 추락하는 가스구름을 관측할 수 있다. 

머나먼 우주에서 도달하는 퀘이사의 빛이 이 가스구름을 통과하면 이 가스구름에 대한 정보와 움직임을 알 수 있는 분광신호를 남긴다.

퀘이사의 빛이 은하원반으로부터 멀어지고 있는 가스구름을 통과하면 적색편이가 나타난다.

반면 은하원반으로 추락하고 있는 가스구름을 통과하면 청색편이가 나타난다.

이러한 차이를 통해 허블우주망원경의 관측 데이터로부터 유출되는 가스와 유입되는 가스의 양을 정확하게 추적할 수 있었는데 이로부터 그 원천을 전혀 알 수 없는 추가 유입 가스가 있음이 밝혀졌다.

 

 

미리내의 가스 흐름을 조사한 결과 원인을 알 수 없는 추가유입가스가 발견되었다.

 

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천문학자들이 미리내 전역에서 나타나는 가스의 유출과 유입양상을 조사한 결과 원인을 알 수 없는 가스의 추가 유입이 있음을 발견하였다.

허블우주망원경이 10년간 축적한 데이터를 분석한 결과 유입되는 가스량이 유출되는 가스량보다 더 많다는 사실이 밝혀진 것이다.

이 값진 물질들은 수십억년간 재활용되어왔다.

즉, 초신성 폭발이나 파괴적인 별폭풍에 의해 은하의 헤일로를 거쳐 바깥으로 내쳐진 가스들은 은하 원반으로 다시 추락하면서 새로운 세대의 별들이 탄생되는데 사용되고 있는 것이다.

하지만 이렇게 우리은하에 새로 유입되는 가스 중 잉여분이 있다는 놀라운 사실이 발견되었다. 

허블우주망원경은 감도높은 우주기원분광측정기(Cosmic Origins Spectrograph, COS)를 이용하여 유출되는 가스와 유입되는 가스를 구분해낼 수 있었으며 눈에 보이지 않는 이 가스들의 움직임을 감지할 수 있었다.

은하로부터 바깥으로 내쳐지는 가스에서는 적색편이가 나타나는 한편 미리내로 다시 추락하는 가스에서는 청색편이가 나타난다.

미리내로 다시 유입되는 잉여가스가 어디에서 오는 것인지는 여전히 수수께끼로 남아 있다.

천문학자들은 이러한 잉여분의 가스가 은하간 우주공간에서 유입된 가스일 것으로 추정하고 있다.

또 다른 의견으로는 미리내가 강력한 중력으로 주위의 작은 위성은하로부터 가스를 강탈하고 있을 가능성도 있는 것으로 추정하고 있다.

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우리은하 미리내는 꽤 남는 장사를 하는 은하이다. 

 

초신성이나 강력한 별폭풍은 은하 원반에 있는 가스를 바깥으로 날려버리는 역할을 한다.

그러나 이렇게 밀려나간 가스는 은하로 다시 추락하면서 새로운 세대의 별을 탄생시키는 원인이 된다.

천문학자들이 은하 전반의 가스순환 프로세스를 규명하기 위한 노력을 진행하던 중에 은하로 다시 추락하는 가스에 잉여분이 있다는 놀라운 사실을 발견했다.

 

아스트로피지컬 저널에 발표된 논문의 수석저자인 우주망원경과학연구소의 천문학자 앤드류 폭스(Andrew Fox)는 미리내에서 들고나는 가스가 양적인 평형을 이룰 것으로 예견했지만 지난 10년 간 허블우주망원경이 수집한 자외선 데이터에 따르면 밖으로 나가는 가스보다 더 많은 가스가 유입되고 있음이 밝혀졌으며 더 많이 들어오고 있는 여분의 가스가 어디에서 온 것인지는 여전히 수수께끼로 남아 있다고 말했다. 

 

이에 대한 한 가지 가설은 잉여분의 가스가 은하간 우주공간에서 유입되는 것으로 추정하고 있다.

그러나 폭스는 미리내가 강력한 중력을 이용하여 미리내 주변의 작은 위성은하들로부터 가스를 빼앗는 것으로 추정하고 있다.

 

이번 관측에서는 은하 전반에 걸쳐 있는 차가운 가스만 연구 대상이 되었는데, 비교적 온도가 높은 가스들도 동일한 현상을 보일 것으로 추측되고 있다.

또한 이번 연구에서 측정된 드나드는 가스의 속도 측정치는 지금까지 수행된 연구 중 가장 높은 정확도를 가지고 있다.

 

천문학자들은 지금까지의 연구를 통해 은하에 존재하는 가스가 바깥으로 쏟아져나가면서 고갈되고 내부로 추락하는 가스에 의해 다시 재충전된다는 것을 알고 있었다.

하지만 바깥으로 빠져나가는 가스 대비 유입되는 가스가 얼마나 되는지는 알 수 없었다.

유출되는 가스와 유입되는 가스의 양을 비교하는 것은 매우 중요한 일이다.

왜냐하면 이러한 과정이 새로운 별과 행성의 탄생을 조절하는 작용을 하기 때문이다.

 

천문학자들은 이번 연구를 위해 허블의 우주기원분광측정기(Cosmic Origins Spectrograph, COS)로 수집된 데이터를 조사하였다.

이 장치는 지난 2009년 허블우주망원경에 대해 마지막으로 진행된 수리 및 보강 작업을 통해 설치된 장비이다.

 

천문학자들은 이 자료에서 미리내의 원반과 헤일로의 가스 분포 양상에 대한 200개의 자외선 관측 데이터를 선별하여 분석하였다.

10년에 걸쳐 누적된 상세한 자외선데이터는 은하 전역에서 나타나는 가스의 흐름이라는 유례없는 정보를 제공해 주었으며 사상 처음으로 은하 전반에 존재하는 가스의 양을 분석할 수 있도록 해 주었다.

미리내의 헤일로에 존재하는 가스구름은 오직 자외선으로만 탐지가 가능하다.

허블우주만원경은 자외선으로 바라본 우주에 대한 상세한 데이터를 수집하는데 특화되어 있다.

 

이번 논문의 공동저자인 노스캐롤라이나주립대학의 롱몬 보르돌로이(Rongmon Bordoloi)의 설명은 다음과 같다.

"원래 허블 COS 관측 데이터는 우리은하 너머의 우주를 연구하기 위해 수집되었습니다.

하지만 우리는 이 데이터를 미리내에 분포하는 가스를 분석하는데 사용했죠.

이번 작업을 통해 허블우주망원경이 축적한 데이터는 가까운 우주와 머나먼 우주를 연구하는데 동시에 유용하게 활용될 수 있음을 알게 되었습니다."

 

은하에 존재하는 가스 구름은 눈에 보이지 않는다.

따라서 폭스와 연구팀은 이 구름의 탐지와 움직임을 연구하기 위해 머나먼 우주에서 발생한 퀘이사의 빛을 활용하였다.

퀘이사란 주위의 물질을 활발하게 먹어치우고 있는 블랙홀에 의해 에너지를 공급받아 왕성한 활동력을 유지하고 있는 은하핵을 말한다.

퀘이사에 의해 뿜어져 나오는 빛줄기는 수십억 광년의 우주공간을 가로질러 지구에까지 다다르게 된다.

 

이 퀘이사의 빛이 미리내에 도달하면 눈에 보이지 않는 가스구름을 통과한다. 

이때 가스 구름은 특정 파장의 빛을 흡수하면서 그 지문을 퀘이사의 빛에 남겨놓는다.

폭스는 이러한 빛의 지문에서 규소 성분을 분리하여 미리내에 존재하는 가스구름을 추적하는데 사용했다. 

미리내에 유입되거나 유출되는 가스 구름에 대한 정보는 이 가스구름을 통과하는 빛에 나타나는 도플러 효과에 의하여 구분이 가능했다.

즉, 미리내 쪽으로 다가오는 가스를 통과하는 빛에는 청색편이가, 미리내에서 빠져나가는 가스를 통과한 빛에는 적색편이가 나타나는 것이다.

 

현재, 은하에 드나드는 가스의 총량을 측정할만큼 충분한 정보를 얻을 수 있는 은하는 우리은하 미리내가 유일하다.

이번 논문의 공동저자이자 독일 포츠담 대학의 필립 리히터(Philipp Richter)는 우리은하 미리내를 좀더 세세하게 연구하면 우주에 존재하는 모든 은하를 이해하는 기반을 잡을 수 있으며 우리 은하 미리내는 우리가 상상했던 것보다 훨씬더 복잡하다는 것을 이제 우리는 막 깨닫는 단계에 있다고 말했다.

 

향후 연구는 우리은하에 추락하는 잉여분의 가스가 어디로부터 유입되는지 또다른 거대한 은하들도 우리은하와 비슷한 양상을 보이는지를 연구하는데 집중될 것이다.

폭스는 미리내와 가장 가까운 거리에 있는 거대은하은 안드로메다 은하에 대해서도 충분한 COS 관측 데이터가 축적되어 있음에 주목하고 있다.

 

출처 : 허블사이트 2019년 10월 10일 발표 뉴스

       https://hubblesite.org/contents/news-releases/2019/news-2019-46

         

참고 : 은하의 진화를 비롯한 우주론 및 우주일반에 관한 다양한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다. 
           https://big-crunch.tistory.com/12346979 

참고 : 우리은하 미리내를 비롯한 각종 은하 및 은하단에 대한 포스팅은 아래 링크를 통해 조회할 수 있습니다.
       - 은하 일반 : https://big-crunch.tistory.com/12346976
       - 은하단 및 은하군 : https://big-crunch.tistory.com/12346978
       - 은하 충돌 : https://big-crunch.tistory.com/12346977

 

원문>

 

AUDIT OF THE MILKY WAY'S GAS FLOW RATES REVEALS A MYSTERIOUS SURPLUS OF INFLOWING GAS.

Astronomers have discovered an unexplained surplus of gas flowing into our Milky Way after conducting a galaxy-wide audit of outflowing and inflowing gas. Rather than a gas equilibrium and "balanced books," 10 years of data from NASA's Hubble Space Telescope show there is more gas coming in than going out.

It is no secret that the Milky Way is frugal with its gas. The valuable raw material is recycled over billions of years—thrown out into the galactic halo via supernovas and violent stellar winds, and then used to form new generations of stars once it falls back to the galactic plane. The surplus of inflowing gas, however, was a surprise.

Hubble distinguished between outflowing and inflowing clouds using its sensitive Cosmic Origins Spectrograph (COS), which detects the movement of the invisible gas. As the gas moves away it appears redder, while gas falling back toward the Milky Way is bluer.

The source of the excess gas inflow remains a mystery. Astronomers theorize that the gas could be coming from the intergalactic medium, as well as the Milky Way raiding the gas "bank accounts" of its small satellite galaxies using its considerably greater gravitational pull.

Our Milky Way is a frugal galaxy. Supernovas and violent stellar winds blow gas out of the galactic disk, but that gas falls back onto the galaxy to form new generations of stars. In an ambitious effort to conduct a full accounting of this recycling process, astronomers were surprised to find a surplus of incoming gas.

 

"We expected to find the Milky Way's books balanced, with an equilibrium of gas inflow and outflow, but 10 years of Hubble ultraviolet data has shown there is more coming in than going out," said astronomer Andrew Fox of the Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland, lead author of the study to be published in The Astrophysical Journal.

 

Fox said that, for now, the source of the excess inflowing gas remains a mystery.

 

One possible explanation is that new gas could be coming from the intergalactic medium. But Fox suspects the Milky Way is also raiding the gas "bank accounts" of its small satellite galaxies, using its considerably greater gravitational pull to siphon away their resources. Additionally, this survey, while galaxy-wide, looked only at cool gas, and hotter gas could play a role, too.

 

The new study reports the best measurements yet for how fast gas flows in and out of the Milky Way. Prior to this study, astronomers knew that the galactic gas reserves are replenished by inflow and depleted by outflow, but they did not know the relative amounts of gas coming in compared to going out. The balance between these two processes is important because it regulates the formation of new generations of stars and planets.

 

Astronomers accomplished this survey by collecting archival observations from Hubble’s Cosmic Origins Spectrograph (COS), which was installed on the telescope by astronauts in 2009 during its last servicing mission. Researchers combed through the Hubble archives, analyzing 200 past ultraviolet observations of the diffuse halo that surrounds the disk of our galaxy. The decade's worth of detailed ultraviolet data provided an unprecedented look at gas flow across the galaxy and allowed for the first galaxy-wide inventory. The gas clouds of the galactic halo are only detectable in ultraviolet light, and Hubble is specialized to collect detailed data about the ultraviolet universe.

 

"The original Hubble COS observations were taken to study the universe far beyond our galaxy, but we went back to them and analyzed the Milky Way gas in the foreground. It's a credit to the Hubble archive that we can use the same observations to study both the near and the more distant universe. Hubble's resolution allows us to simultaneously study local and remote celestial objects," noted Rongmon Bordoloi of North Carolina State University in Raleigh, North Carolina, a co-author on the paper.

 

Because the galaxy's gas clouds are invisible, Fox's team used light from background quasars to detect these clouds and their motion. Quasars, the cores of active galaxies powered by well-fed black holes, shine like brilliant beacons across billions of light-years. When the quasar's light reaches the Milky Way, it passes through the invisible clouds.

 

The gas in the clouds absorbs certain frequencies of light, leaving telltale fingerprints in the quasar light. Fox singled out the fingerprint of silicon and used it to trace the gas around the Milky Way. Outflowing and inflowing gas clouds were distinguished by the Doppler shift of the light passing through them?approaching clouds are bluer, and receding clouds are redder.

 

Currently, the Milky Way is the only galaxy for which we have enough data to provide such a full accounting of gas inflow and outflow.

 

"Studying our own galaxy in detail provides the basis for understanding galaxies across the universe, and we have realized that our galaxy is more complicated than we imagined," said Philipp Richter of the University of Potsdam in Germany, another co-author on the study.

 

Future studies will explore the source of the inflowing gas surplus, as well as whether other large galaxies behave similarly. Fox noted that there are now enough COS observations to conduct an audit of the Andromeda galaxy (M31), the closest large galaxy to the Milky Way.

 

The Hubble Space Telescope is a project of international cooperation between the European Space Agency (ESA) and NASA. NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, manages the telescope. The Space Telescope Science Institute (STScI) in Baltimore, Maryland, conducts Hubble science operations. STScI is operated for NASA by the Association of Universities for Research in Astronomy in Washington, D.C.

 

CREDITS:

Artist's Illustration: NASA, ESA, and D. Player (STScI)

 

Science: NASA, ESA, and A. Fox (STScI)

 

KEYWORDS:

MILKY WAY INTERGALACTIC GAS ACTIVE GALAXIES/QUASARS GALAXY EVOLUTION

 

CONTACT:

Leah Ramsay / Ray Villard

Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland

667-218-6439 / 410-338-4514

lramsay@stsci.edu / villard@stsci.edu

 

Andrew Fox

Space Telescope Science Institute, Baltimore, Maryland

afox@stsci.edu

 

RELATED LINKS:

The science paper by A. Fox et al.

NASA's Hubble Portal