MC2 1635+119 퀘이사 주변의 Shell 구조

헤르쿨레스 자리의 MC2 1635+119 퀘이사.

아래 이미지의 가로길이는 60만 광년 거리이다.

 

 

허블에 의해 촬영된 이들 고해상도 이미지를 통해 거대 타원은하의 중심부에 있는 매우 밝은 퀘이사의 주위에 최소한 다섯겹의 Shell구조가 존재하고 있음을 밝혀냈다.(* Shell구조 : 2개의 은하가 충돌하면서 그 충돌파와 은하 자체의 중력에 의하여 발생한 별 잔해들의 동심원 모양의 구조)

이 사진은 MC2 1635+119로 알려진 퀘이사와 그 퀘이사가 속한 타원형 은하의 모습을 찍은 사진이다. 
오른쪽 상단 사진을 보면 퀘이사의 밝은 빛에 가려진 Shell구조가 희미하게 보인다.
오른쪽 하단은 이들 희미한 Shell 구조를 강조한 이미지이다.

오른편 2개의 사진들에서 Shell구조의 아랫쪽과 왼쪽에 보이는 것은 배경으로 찍힌 은하들이다.

퀘이사의 상단 왼편에 빛나는 물질은 앞쪽에 위치한 별이다.

20억 광년 떨어져 있는 이 퀘이사의 Shell구조는 이전에는 발견되지 못했던 구조이다.

이 이미지는 2005년 6월 28일과 7월 4일 ACS카메라로 촬영되었다.

 

 

이 사진에 나타난 Shell구조는 비교적 가까운 과거에 은하들간의 거대한 충돌이 있었음을 시사하고 있다.

이러한 충돌로 발생한 파편들과 가스들이 거대질량의 블랙홀에 포섭되면서 은하중심부를 향한  깔데기 모양의 가스구름을 만들게 된다.

 

이처럼 블랙홀을 향하여 형성된 우주먼지들은 퀘이사의 에너지 공급원이 된다.

이러한 관측결과는 최소한 몇몇 퀘이사들은 은하들간의 상호작용의 결과로 만들어진다는 추측을 뒷받침해 주고 있다.

 

이번 연구를 이끌고 있는 캘리포니아 대학의 가브리엘라 카날리조의 얘기를 들어보자.
"이번 관측은 충돌로 인한 은하들의 통합이 퀘이사를 만드는 결정적인 역할을 한다는 증거를 제공해 주고 있습니다.

대부분의 퀘이사들은 공간적으로 협소했던, 그래서 은하들간의 충돌이 빈번하게 발생했던 초기 우주에서 발생했습니다.

천문학자들은 오랫동안 퀘이사의 에너지원은 은하의 중심에 있는 블랙홀로 가스들이 이동하면서 발생하는 상호작용 때문이라고 추측해왔습니다.  

이번에 관측된 퀘이사는 20억 광년이라는 비교적 가까운 거리에 위치하기 때문에 훨씬 멀리 존재하는 퀘이사들이 어떻게 빛을 내뿜기 시작했는지를 연구할 수 있는 대단히 훌륭한 실험실과 같습니다."

50여년 전에 처음 발견되기 시작한 퀘이사라는 천체는 우주에서 발견되는 천체들 중 가장 밝은 천체이다.

이들은 은하의 중심부에 위치하면서 은하들의 중심부에 존재하는 초거대 질량의 블랙홀로부터 에너지를 얻는다.

 

지상에 위치한 관측소의 관측자료를 바탕으로 한 이전의 연구결과들은 늙은 별들을 포함한 보통 모양의 타원형 은하를 보여주고 있다.

그러나 허블의 ACS카메라와 하와이의 W.M. Keck 천문대의 분광 분석을 통해 얻어진 이 이미지들로부터 희미하고 얇은 껍질들을 발견할 수 있었다.

허블의 새로운 관측결과는 최소한 다섯개의 Shell구조와 파편들이 은하중심으로부터 흩어져 나오고 있음을 보여주고 있다.

별처럼 빛나고 있는 이 Shell구조는 마치 호수에 돌덩이가 던져졌을 때 나타나는 파동 모양을 나타내고 있다.

이러한 구조는 충돌로 인한 연속적인 충격에 의해 은하가 찢기면서 형성되었다.

은하의 중력장의 영향 내에서 충돌로 인하여 별들이 쓸려나가면서 바깥쪽으로 향하는 Shell구조가 만들어지는 것이다.
가장 외부에 나타는 Shell구조는 은하중심으로부터 대략 4만 광년이나 떨어져 있다.

 

팀원인 카네기 연구소의 프랑소와 슈바이저는 이 Shell구조는 가까운 은하에서 발견된 가장 스펙터클한 광경이라고 말했다. 

컴퓨터 시뮬레이션 결과 충돌은 17억년 전에 발생한 것으로 예측된다.

충돌은 수억년 이상 지속되었고, 새로운 별들의 탄생이 쏟아졌다.

 

 

<동영상에 대한 설명 : 이 시뮬레이션 동영상은 서로 다른 질량의 타원은하들이 충돌하면서 Shell구조가 형성되는 광경을 보여주고 있다.

태양계 질량의 3000억배에 달하는 거대은하(왼쪽)와 이보다 10배 적은규모의 은하가 오른쪽으로부터 오면서 충돌하고 있다.

오른쪽은 충돌작용을 확대한 모습이다. 작은 은하는 충돌하는 동안 거대 은하 자체의 중력장에 방해를 받는다.

이 충돌로 인한 충격파로 별들이 바깥방향으로 쓸려나가게 된다.

그러나 한편으로는 거대 은하의 중력장의 영향을 받는데 이처럼 밀고 당기는 힘의 영향으로 인하여 진동파가 발생되고, 이 진동파가 외부로 쓸려나가면서 Shell구조가 만들어지는 것이다. 
이 동영상의 가로 세로는 32만 6천 광년의 거리에 해당한다.>

 

켁 천문대의  분광데이터에 의하면 이 은하의 많은 별들의 연령이 14억 년 정도 된 것으로 분석되었다.

Shell을 구성하고 잇는 별들은 충격파에 의해 바깥으로 밀려나오면서 은하의 다른 별들과 섞이는 과정이 계속되고 있다.

이러한 과정을 통해 결국 이 Shell구조는 흩어져 사라질 것이고 별들이 은하의 전역에 존재하게 될 것이다.

 

카날리조는 말한다.

"이러한 현상은 타원은하에서 공통적으로 나타나는 일시적인 현상으로 1억년에서 10억년 정도만 지속될 것입니다.

따라서 이러한 현상이 목격된다는 것은 은하들간의 충돌이 비교적 최근에 발생한 것임을 말해 주고 있는 것이죠.

허블이 제 때, 이 파편들을 잡아낸 겁니다."

 

카날리조와 그녀의 팀은 Shell구조와 퀘이사의 단서들로부터 은하들간의 충돌이 어떤 형태였는지를 아직은 결정하지 못하고 있다.

이들이 가진 데이터는 두 가지 형태의 충돌 시나리오를 가능하게 한다.

팀원인 캘리포니아 대학의 니콜라 베너트는 Shell구조와 퀘이사를 볼 때, 발생했던 충돌은 두 개의 거대한 은하간의 충돌이었을 수도 있고, 거대한 하나의 은하와 작은 은하의 충돌일 수도 있으며 이를 결정하기 위해서는 더 높은 해상도의 분광관측자료가 필요하다고 말했다.

5개의 은하들에 대한 ACS(Advanced Camera for Surveys)의 촬영 데이터를 근거로 한 연구에서 퀘이사는 한 부분을 차지하는데 대략 20억 광년 거리에 존재하는 이들 퀘이사들은 하버 퀘이사(harbor quasars)로 알려져 있다.

다른 네 개의 은하에 대한 분석도 역시 충돌의 증거를 보여주고 있다고 카날리조는 말한다.

그녀의 팀은 또한 허블의 광대역행성카메라2(Wide Field Planetary Camera 2)를 이용하여 퀘이사가 포함된 14개의 은하 샘플을 확보했다.

카날리조는 이 연구를 통해 퀘이사들이 은하들간의 충돌로 인하여 발생하는 것인지, 아니면 그저 단순히 오래된 타원형 은하에서 발생하는 것인지를 알고 싶다고 말했다.

 

이들 연구팀의 연구 결과는 11월 10일 Astrophysical Journal에 발표될 것이다.

 

카날리조 팀의 구성원들은 다음과 같다.

캘리포니아 대학의 니콜라 베너트(Nicola Bennert),
캘리포니아 대학, 체코 천문연구소, 과학아카데미의  브루노 융비어트(Bruno Jungwiert)
하와이 대학의 알란 스톡턴(Alan Stockton)
카네기연구소의 프랑수와 슈바이저(Francois Schweizer)
캘리포니아 기술연구소의 마크 레이시(Mark Lacy )
우주망원경과학연수고의 치엔팽(Chien Peng)

 

* '허블사이트'의 게시물들은  허블사이트 http://hubblesite.org 의 뉴스센터 자료들을 번역한 자료들입니다.

   본 내용은 2007년 10월 25일 발표된 뉴스입니다.

 

원문>

The full news release story:

What has appeared as a mild-mannered elliptical galaxy in previous studies is revealing its wild side in new images taken with NASA's Hubble Space Telescope.

The Hubble photos show shells of stars around a bright quasar, known as MC2 1635+119, which dominates the center of the galaxy. The shells' presence indicates a titanic clash with another galaxy in the relatively recent past.

The collision also is funneling gas into the galaxy's center and is feeding a supermassive black hole. The accretion onto the black hole is the source of the quasar's energy. This observation supports the idea that at least some quasars are born from interactions between galaxies.

"This observation is providing more evidence that mergers are crucial for triggering quasars," said Gabriela Canalizo of the University of California, Riverside, who led the study. "Most quasars were active in the early universe, which was smaller, so galaxies collided more frequently.

"Astronomers have long speculated that quasars are fueled by interactions that bring an inflow of gas to the black holes in the centers of galaxies. Since this quasar is relatively nearby, about 2 billion light-years away, it is a great laboratory for studying how more distant quasars are turned on."

Discovered nearly 50 years ago, quasars are among the brightest objects in the universe. They reside in the centers of galaxies and are powered by supermassive black holes.

Previous studies of this galaxy with ground-based telescopes showed a normal-looking elliptical containing an older population of stars. It took the razor-sharp vision of Hubble's Advanced Camera for Surveys and the spectroscopic acuity of the W.M. Keck Observatory in Hawaii to uncover the faint, thin shells.

The new Hubble observations reveal at least five inner shells and additional debris traveling away from the galaxy's center. The shells, which sparkle with stars, resemble ripples forming in a pond when a stone is tossed in. They formed when a galaxy was shredded by tidal forces during the collision. Some of the galaxy's stars were swept up in the elliptical galaxy's gravitational field, creating the outward-moving shells. The farthest shell is about 40,000 light-years away from the center.

"This is the most spectacular shell galaxy seen at this distance," said team member Francois Schweizer of the Carnegie Observatories in Pasadena, California.

Computer simulations estimate that the encounter happened 1.7 billion years ago. The merger itself occurred over a few hundred million years and stoked a flurry of star birth. Spectroscopic data from Keck reveal that many of the stars in the galaxy are 1.4 billion years old, which is consistent with the age of the merger. This activity happened before light left the quasar and began its long journey to Earth.

The shell stars are mixing with the stars in the galaxy as they travel outward. Eventually, the shells will dissipate and the stars will be scattered throughout the galaxy.

"This could be a transitory phase, common to most ellipticals, that lasts only 100 million to a billion years," Canalizo said. "So, seeing these shells tells us that the encounter occurred in the relatively recent past. Hubble caught the shells at the right time."

Canalizo and her team have not determined the type of merger responsible for the shells and the quasar activity. Their evidence points to two possible collision scenarios.

"The shells' formation and the current quasar activity may have been triggered by an interaction between two large galaxies or between a large galaxy and a smaller galaxy," explained team member Nicola Bennert of the University of California, Riverside."We need high-resolution spectroscopic observations of the quasar host galaxy to determine the type of merger."

The quasar is part of an Advanced Camera for Surveys study of five galaxies, all roughly 2 billion light-years away, that are known to harbor quasars. The other four galaxies analyzed also display evidence of encounters, Canalizo said. Her team also is using Hubble's Wide Field Planetary Camera 2 to sample 14 more galaxies with quasars.

"We want to know whether most quasars at current epochs begin their lives as mergers, or whether they simply occur in old ellipticals to which nothing very interesting has happened recently," Canalizo said.

The team's results will appear in the November 10 issue of The Astrophysical Journal.

Canalizo’s team consists of Nicola Bennert of the University of California, Riverside; Bruno Jungwiert of the University of California, Riverside and the Astronomical Institute, Academy of Sciences of the Czech Republic, Prague; Alan Stockton of the University of Hawaii, Honolulu; Francois Schweizer of the Carnegie Observatories, Pasadena; Mark Lacy of the California Institute of Technology, Pasadena; and Chien Peng of the Space Telescope Science Institute.

CONTACT

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

Gabriela Canalizo
University of California, Riverside, Calif.
951-827-5310
gabriela.canalizo@ucr.edu