고대의 폭발적인 별생성을 말해주는 우리은하 미리내의 중심지역

 

Credit:ESO/Nogueras-Lara et al.

 

사진 1> VLT에 장착된 HAWK-I장비를 통해 촬영한 이 아름다운 사진에는 0.2각초의 각분해능으로 담아낸 미리내 중심부의 모습이 담겨있다. 

이 사진은 3개 파장을 이용하여 관측된 자료를 합성한 것이다. 

연구팀은 전자기스펙트럼상에서 근적외선 대역을 담아내는 광대역 필터 J (1,250나노미터 파장, 파란색)와 H(1,635 나노미터 파장, 초록색), Ks(2,150나노미터 파장, 붉은색)를 이용하였다. 

HAWK-I는 이 파장을 이용함으로써 먼지에 가려진 미리내 중심지역의 특정 별들을 관측할 수 있었다. 

 

ESO의 초거대망원경(Very Large Telescope, 이하 VLT)을 이용하여 우리은하 미리내의 중심부를 놀라운 해상도로 담아냈다. 

이를 통해 미리내 별탄생의 역사를 말해주는 새로운 세부내용도 밝혀낼 수 있었다.  

천문학자들은 미리내에서 발생한 드라마틱한 사건의 증거를 찾아냈다. 

VLT를 이용한 이번 관측에 감사하지 않을 수 없다. 

이 사건은 바로 별생성에 관한 것이다.대단히 맹렬한 속도로 새로운 별들이 만들어졌고, 이러한 별탄생은 십만 개 이상의 초신성 폭발이라는 결과를 만들어냈다. 

 

이번 관측을 이끈 스페인 안달루시아천체물리학연구소(the Institute of Astrophysics of Andalusia) 라이너 쉐델(Rainer Schödel)은 은하 중심의 상당 부분을 담아낸 이번 관측을 통해 이 지역에서 별의 생성 과정에 대한 상세한 통찰을 얻을 수 있었다고 말했다. 

당시 같은 연구소에 몸담고 있었던 프란치스코 노구에라스-라라(Francisco Nogueras-Lara)는 지금까지 일반적으로 알려진 것과는 반대로 이 지역에서 더 이상 별이 만들어지지 않고 있다고 말했다.

 

2019년 12월 16일, 네이처 아스트로노미(Nature Astronomy)에 개재된 논문에서 연구팀은 미리내 중심지역에 있는 별들 중 약 80%가 미리내 생성 초기인 80억년에서 135억년 사이에 만들어진 별이라고 밝혔다.  

이러한 초기 단계가 지난 후 이후 60억년의 기간 동안 탄생한 별은 얼마되지 않는다. 

그리고 약 10억년 전, 1억 년이 채 되지 않는 짧은 시간 동안 별의 생성이 폭발적으로 발생했다. 

이 기간에 탄생한 별들의 질량은 태양 질량의 수천만 배 정도이다. 

 

현재는 막스플랑크천문학연구소 소속인 노구에라스-라라의 설명은 다음과 같다.

"일년에 태양질량 대비 100배 이상 질량의 별들을 탄생시키는 은하를 폭발적 별생성은하(Starburst galaxy)라 합니다.

별의 탄생이 폭발적으로 일어나던 시기 미리내 중심지역에 대한 연구에 따르면 당시 미리내는 폭발적 별생성은하와 많이 닮은 상태였음에 틀림 없습니다." 

 

오늘날 우리은하 미리내는 전 지역을 통틀어 일년에 태양질량 대비 1~2배 정도 질량의 별을 만들고 있다. 

노구에라스-라라는 왕성한 별의 생성은 그 결과로 십만 여개 이상의 초신성 폭발을 야기시켰는데 이러한 상황은 미리내 전체 역사를 통틀어 가장 왕성한 활동 중 하나였을 거라고 말했다.   

  

별들이 폭발적으로 생성되는 동안 무거운 별들이 많이 만들어졌다. 

무거운 별들의 수명은 질량이 적은 별들보다 훨씬 짧기 때문에 이들은 훨씬 더 빨리 종말을 맞게 되고 파괴적인 초신성 폭발을 통해 사라지게 된다. 

 

이번 연구는 VLT에 장착된 고감도광대역K밴드화상기(High Acuity Wide-field K-band Imager, 이하 HAWK-I)를 이용한 미리내 중심지역 관측 때문에 가능했다. 

적외선 탐사를 수행하는 이 카메라는 우주의 먼지를 뚫고 미리내 중심지역에 대해 놀라우리만치 상세한 사진들을 제공해 주었다. 

이 사진들은 지난 10월 노구에라스-라라와 스페인, 미국, 일본, 독일의 천문학자들로 구성된 연구팀이 아스트로노미앤아스트로피직스(Astronomy & Astrophysics)를 통해 발표하였다. 

이 사진에는 물질들이 가장 고밀도로 몰려있으면서 초거대질량블랙홀을 품고 있기도 한 중심 지역의  별들과 가스 및 먼지들을 0.2각초의 각해상도로 담겨져 있다. 

이러한 해상도는 독일 뮌헨에서 스위스 취리히의 운동장에 있는 축구공을 분간할 수 있을 정도의 해상도이다. 

 

사진이 처음 공개된 것은 GALACTICNUCLEUS 탐사에 의해서이다. 

이 프로그램은 VLT에 장착된 HAWK-I의 높은 각분해능과 광대역 탐사 능력을 기반으로 미리내 중심지역에 대한 높은 해상도의 사진을 촬영하는 프로그램이다. 

이 탐사 프로그램은 지금까지 6만 제곱광년의 미리내 중심 지역을 대상으로 3백만 개 이상의 별들을 연구해왔다. 

 

Credit:ESO/Nogueras-Lara et al.

 

사진 2> 이 사진은 VLT에 장착된 HAWK-I장비를 통해 촬영한 미리내 중심지역으로서 몇몇 흥미로운 구조를 보여주고 있다. 

사진에서 강조되고 있는 부분은 미리내중심에서 우측에 있는 은하핵별무리(the Nuclear Star Cluster, NSC)와 아치별무리(

the Arches Cluster)로 이 부분은 미리내에서 가장 별들이 밀도높게 몰려 있는 지역이다. 

또다른 지역인 다섯쌍둥이별무리(the Quintuplet cluster)에는 두드러지게 눈에 띠는 다섯 개의 별이 있다.

나머지 한 지역은 이온화수소가스가 몰려 있는 HII지역이다. 

 

 

Credit:ESO, IAU and Sky & Telescope

 

사진 3> 이 표에는 미리내 중심지역이 담겨 있다. 

이곳은 궁수자리 방향이며 이번에 사진으로 촬영된 지역이 붉은 색 원으로 표시되어 있다. 

표 상에 표시된 별들은 좋은 관측 조건이라면 모두 맨눈으로 볼 수 있는 별들이다. 

 

출처 : 유럽남부천문대(European Southern Observatory) Photo Release  2019년 12월 16일자 

        https://www.eso.org/public/news/eso1920/

         

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>

eso1920 — Photo Release

ESO Telescope Images Stunning Central Region of Milky Way, Finds Ancient Star Burst

16 December 2019

ESO’s Very Large Telescope (VLT) has observed the central part of the Milky Way with spectacular resolution and uncovered new details about the history of star birth in our galaxy. Thanks to the new observations, astronomers have found evidence for a dramatic event in the life of the Milky Way: a burst of star formation so intense that it resulted in over a hundred thousand supernova explosions.

"Our unprecedented survey of a large part of the Galactic centre has given us detailed insights into the formation process of stars in this region of the Milky Way," says Rainer Schödel from the Institute of Astrophysics of Andalusia in Granada, Spain, who led the observations. "Contrary to what had been accepted up to now, we found that the formation of stars has not been continuous,” adds Francisco Nogueras-Lara, who led two new studies of the Milky Way central region while at the same institute in Granada.

In the study, published today in Nature Astronomy, the team found that about 80% of the stars in the Milky Way central region formed in the earliest years of our galaxy, between eight and 13.5 billion years ago. This initial period of star formation was followed by about six billion years during which very few stars were born. This was brought to an end by an intense burst of star formation around one billion years ago when, over a period of less than 100 million years, stars with a combined mass possibly as high as a few tens of million Suns formed in this central region.

“The conditions in the studied region during this burst of activity must have resembled those in ‘starburst’ galaxies, which form stars at rates of more than 100 solar masses per year,” says Nogueras-Lara, who is now based at the Max Planck Institute for Astronomy in Heidelberg, Germany. At present, the whole Milky Way is forming stars at a rate of about one or two solar masses per year.

“This burst of activity, which must have resulted in the explosion of more than a hundred thousand supernovae, was probably one of the most energetic events in the whole history of the Milky Way,” he adds. During a starburst, many massive stars are created; since they have shorter lifespans than lower-mass stars, they reach the end of their lives much faster, dying in violent supernova explosions.

This research was possible thanks to observations of the Galactic central region done with ESO’s HAWK-I instrument on the VLT in the Chilean Atacama Desert. This infrared-sensitive camera peered through the dust to give us a remarkably detailed image of the Milky Way’s central region, published in October in Astronomy & Astrophysics by Nogueras-Lara and a team of astronomers from Spain, the US, Japan and Germany. The stunning image shows the galaxy’s densest region of stars, gas and dust, which also hosts a supermassive black hole, with an angular resolution of 0.2 arcseconds. This means the level of detail picked up by HAWK-I is roughly equivalent to seeing a football (soccer ball) in Zurich from Munich, where ESO’s headquarters are located.

This image is the first release of the GALACTICNUCLEUS survey. This programme relied on the large field of view and high angular resolution of HAWK-I on ESO’s VLT to produce a beautifully sharp image of the central region of our galaxy. The survey studied over three million stars, covering an area corresponding to more than 60 000 square light-years at the distance of the Galactic centre (one light-year is about 9.5 trillion kilometres).

More information

This research was presented in the paper “GALACTICNUCLEUS: A high angular resolution JHKs imaging survey of the Galactic Centre: II. First data release of the catalogue and the most detailed CMDs of the GC” published in Astronomy & Astrophysics and in “Early formation and recent starburst activity in the nuclear disc of the Milky Way” to appear in Nature Astronomy (doi: 10.1038/s41550-019-0967-9).

The team of the Astronomy & Astrophysics paper is composed of F. Nogueras-Lara (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Spain [IAA-CSIC]), R. Schödel (IAA-CSIC), A. T. Gallego-Calvente (IAA-CSIC), H. Dong (IAA-CSIC), E. Gallego-Cano (IAA and Centro Astronómico Hispano-Alemán, Almería, Spain), B. Shahzamanian (IAA-CSIC), J. H. V. Girard (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA), S. Nishiyama (Miyagi University of Education, Sendai, Japan), F. Najarro (Departamento de Astrofísica, Centro de Astrobiología CAB (CSIC-INTA), Torrejón de Ardoz, Spain), N. Neumayer (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany).

The team of the Nature Astronomy paper is composed of F. Nogueras-Lara (Instituto de Astrofísica de Andalucía, Granada, Spain [IAA-CSIC]), R. Schödel (IAA-CSIC), A. T. Gallego-Calvente (IAA-CSIC), E. Gallego-Cano (IAA-CSIC), B. Shahzamanian (IAA-CSIC), H. Dong (IAA-CSIC), N. Neumayer (Max Planck Institute for Astronomy, Heidelberg, Germany), M. Hilker (European Southern Observatory, Garching bei München, Germany), F. Najarro (Departamento de Astrofísica, Centro de Astrobiología, Torrejón de Ardoz, Spain), S. Nishiyama (Miyagi University of Education, Sendai, Japan), A. Feldmeier-Krause (The Department of Astronomy and Astrophysics. The University of Chicago, Chicago, US), J. H. V. Girard (Space Telescope Science Institute, Baltimore, USA) and S. Cassisi (INAF-Astronomical Observatory of Abruzzo, Teramo, Italy).

ESO is the foremost intergovernmental astronomy organisation in Europe and the world’s most productive ground-based astronomical observatory by far. It has 16 Member States: Austria, Belgium, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom, along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. 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 and its world-leading Very Large Telescope Interferometer as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world’s largest and most sensitive gamma-ray observatory. ESO is also a major partner in two facilities on Chajnantor, APEX and ALMA, the largest astronomical project in existence. And on Cerro Armazones, close to Paranal, ESO is building the 39-metre Extremely Large Telescope, the ELT, which will become “the world’s biggest eye on the sky”.

Links

• Research paper (Nature Astronomy)
• Research paper (Astronomy & Astrophysics)
• Photos of the VLT

Contacts

Francisco Nogueras-Lara
Max Planck Institute for Astronomy
Heidelberg, Germany
Tel: +49 6221 528-393
Email: nogueras@mpia.de

Rainer Schödel
Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC)
Granada, Spain
Tel: +34 958 230 529
Email: rainer@iaa.es

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