3C 321 - 은하를 강타하는 블랙홀의 제트 기류

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

   본 내용은 12월 17일 발표된 뉴스입니다.

 

천체명 : 3C 321
별자리 : 뱀자리 뱀머리

거리 : 약 12억 5천만 광년

 

 

사진 설명> 이 복합 이미지는 은하의 중심부에 있는 블랙홀로부터 발생한 기류가 다른 은하의 가장자리를 타격하고 있는 이미지로서 이와 같은 상호작용은 처음 발견된 현상이다.

 

이 이미지는 여러 대역의 이미지들들을 합성하여 만들어졌다.

 

보라색으로 나타나고 있는 이미지는 Chandra망원경의 X선 관측으로 얻어진 것이며, 붉은색과 오렌지 색깔의 이미지는 허블의 가시광선과 자외선 데이터로 얻어진 것이다.

VLA의 라디오파와 파란색으로 나타나는 부분의 MERLIN관측은 왼쪽 하단의 은하로부터 발생한 기류가 오른쪽 상단의 동반은하를 어떻게 강타하고 있는지를 보여주고 있다.

 

제트기류가 동반은하의 가장자리를 강타한 후 분산 및 굴절되고 있는데 이는 호스로부터 발사된 물살이 벽을 때린 후 흩어지는 모습과 아주 유사하다.

 

각각의 대역은 3C 321로 알려진 이곳 은하계의 각각 다른 국면을 보여주고 있다.

 

찬드라 X선 이미지는 이들 은하들의 중앙에 아주빠른 속도로 팽창하고 있는 초거대 질량의 블랙홀이 있음을 알려주고 있다.

 

오랜지색으로 나타나고 있는 허블의 가시광선 이미지는 각각의 은하들에서 밝게 타오르고 있는 별들을 보여준다.

 

VLA와 MERLIN이 잡아낸 라디오파 이미지의 밝은 점은 주은하로부터 약 2만광년 떨어져 있는 동반 은하의 가장자리와 기류가 강타한 후 흩어지고 있는 에너지를 보여주고 있다.

 

VLA에 의해 감지된 라디오파 분사로 인한 거대한 '뜨거운  점'은 심지어 이 기류에 의해 85만 광년이나 떨어진 은하들도 파괴시키고 있음을 보여주고 있다.

 
허블의 자외선 이미지는 이 은하들 주위에 무수히 많은 뜨거운 가스들이 존재한다는 것을 알려주고 있는데, 이는 두 개의 은하들이 파괴가 지속된 과거를 가지고 있으며 그 중심에 초거대질량의 블랙홀을 가지고 있음을 시사하고 있다.

 

사진에는 나타나고 있지 않으나 찬드라와 허블, 그리고 스피처 망원경이 감지한 희미한 복사선은 이들 은하들이 시계방향으로 공전하고 있으며, 그 동반은하가 기류의 경로로 지나가고 있음을 알려주고 있다.

 

찬드라의 데이터는 아직 원자가속이 계속 발생하고 있음을 알려주고 있으나, 제트기류가 동반은하를 때리는 에너지는 백만년 전에 비해 상대적으로 감소되고 있음을 보여주고 있다.

상대적으로 짧은 우주적 시간으로 발생한 이 사건은 이 현상 자체를 매우 드문 현상으로 만들어주고 있다.

 

이러한 '죽음의 별 은하'는 기류의 경로에 위치하는 동반은하에 있는 행성들의 대기에 심각한 손상을 입힐 수 있는 고 에너지의 복사를 대량으로 방출하고 있다.

 

우리는 지구에서 이 초거대 블랙홀로부터 발생한 기류를 관찰하고 있지만, 이 '뜨거운 접시'로부터 수백만 또는 수십억 광년의 거리를 두고 있을 수록 더욱더 안전할 수 있다.

 

3C 321 - 은하를 강타하는 블랙홀의 제트 기류

 

NASA의 관측으로 부터 제공된 새로운 데이터에는 초거대 질량의 블랙홀로부터 발생한 기류가 근처에 위치한 은하를 파괴하고 있는 양상이 담겨 있다. 

지금까지 전혀 알려지지 않은 양상의 이러한 우주적 파괴는 아마도 기류의 경로에 있는 행성들에 모종의 영향을 주어 파괴적 기류가 지나간 이후 연쇄작용으로 항성의 형성을 폭발적으로 발생시키는 원인이 될지도 모르는 일이다.

 

이러한 현상이 발생하는 곳은 두 개의 은하가 서로에 대해 공전하고 있는 3C 321로 알려진 곳이다.

 

NASA의 찬드라 X-ray 관측망원경으로부터 얻어진 데이터에 의하면 이 두개의 은하들은 각각 저마다의 중앙에 초거대 질량의 블랙홀을 가지고 있는데, 이중에서 규모가 더 큰 은하의 블랙홀에서 그 주변으로 강력한 기류가 뿜어져 나오고 있다.

그리고 규모가 작은 은하가 이 기류의 경로로 빨려들어가고 있다.

이 '죽음의 별 은하'는 우주망원경과 지상의 관측망원경의 협동에 의해 발견되었다.

 

나사의 찬드라 X-Ray망원경과 허블 우주망원경 그리고 스피처 우주망원경이 이 발견에 참여하고 있으며 뉴멕시코주 소코로의 VLA(The Very Large Array )와 영국의 메를린 망원경(MERLIN : Multi-Element Radio Linked Interferometer Network) 또한 발견에 도움이 되었다.

 

캠브리지 천체물리학, 하바드 스미스소니언 센터의 과학자이자 연구팀의 리더인 덴 에반스(Dan Evans)는 블랙홀로부터 생성되는 여러 기류들을 봐왔지만, 이처럼 다른 은하를 두들기고 있는 기류는 여태껏 본적이 없는 처음보는 광경이며, 이러한 기류는 작은 은하에게는 모든 종류의 문제들을 발생시킬 수 있는 원인이 될 것이라고 말했다.

 

초거대 질량의 블랙홀로부터 발생하는 기류에는 수많은 복사들, 특히 고에너지의 X선과 감마선등 치명적인 복사선들을 무수히 포함하고 있다.

 

이들 복사선들의 복합 효과와, 거의 빛의 속도에 달하는 원자들의 움직임으로 인해서 이 기류의 경로에 존재하는 행성의 대기는 심각한 치명상을 입을 수 있다.

예를 들어 대기 상층부에 자리잡고 있는 오존층이 충분히 파괴될 수 있는 것이다.

 

초거대 블랙홀로부터 분출되는 제트기류는 거대한 양의 에너지를 블랙홀로부터 멀리까지 보낼 수 있으며, 이들은 블랙홀의 크기보다도 훨씬 더 거대한 광대한 범위에 걸쳐 영향을 미칠 수 있다.

이 기류의 정체를 밝히는 것이 천체물리학계의 주된 목표이기도 하다.

 

공동연구자인 영국 하트퍼드셔 대학의 마틴 하드캐슬(Martin Hardcastle)의 소감은 다음과 같다.  
"우리는 우주 전역에 걸쳐 이 기류를 목격하고 있지만, 이들의 기본 속성들 조차도 이해되지 않아, 서로 논쟁만하고 있는 형편입니다.

3C 321에서 발생하고 있는 일들은 우리에게  이들 기류들이 다른은하들과 같은 물체들에 밀려들어갔을 때 무슨 일들이 발생하는지 그리고 그 이후에 어떤 일들이 일어나게 되는지를 알 수 있는 아주 좋은 기회입니다."

 

동반은하에 미치고 있는 제트기류의 영향은 추측이나 가공이 아닌 실제발생하는 일인듯 하다.
왜냐하면 3C 321의 은하들은 그 거리가 고작 2만 광년밖에 되지 않을 정도로 서로 매우 가까운 거리에 위치하고 있기 때문이다.

이들은 지구가 은하의 중심에서부터 떨어져 있는 거리와 거의 같은 거리로 떨어져 있다.

 

VLA와 MERLIN의 이미지에서 밝은 점은 제트 기류가 은하의 가장자리를 강타하면서, 제트 에너지가 흩뿌려지고 있는 모습을 보여주고 있다.

이 충돌로 인해 제트기류가 파괴되면서 굴절되고 있다.

 

연구팀의 일원이자 뉴욕 미국자연사박물관의 천체물리학자인 닐 타이슨(Neil Tyson)은 "이는 매우 환상적인 광경입니다. 그리고 우리가 이처럼 안전한 거리에서 이러한 광경을 보고 있는것이 얼마나 다행인지 모릅니다. 이 기류의 복사가 얼마나 치명적인지를 안다면 아무도 그 근방에 있고싶지 않을 것입니다."라고 말했다.

 

3C 321의 발견에 대한 또다른 독특한 양상은 우주적인 시간 스케일에서 이러한 사건이 아주 짧은 시간에 발생한 사건이라는 점이다.

 

VLA와 찬드라 망원경에 의해 얻어진 이미지는 이 제트기류가 은하를 타격하기 시작한 것이 약 백만년 전부터임을 시사하고 있는데 이 기간은 이 은하의 생명주기에 있어 아주 작은 단편에 지나지 않는다.

이러한 사실은 이와 같은 은하의 배치가 가까운 우주에서는 매우 드문현상이고 3C 321의 이 사건은 이와 같은 현상을 연구하는데 매우 중요한 기회임을 의미한다.

 

제트기류에 의해 강타당하고 있는 은하에게는 이 사건이 무조건 나쁘기만 한 뉴스만은 아닐 수 있다.

파괴가 끝난 후 제트기류로부터 발생한 거대한 에너지와 복사선의 유입으로 인해 수많은 새로운 항성과 행성들의 형성이 증가될 수 있기 때문이다.

 

에반스와 그의 동료들의 연구결과는 'The Astrophysical Journal'에 발표될 예정이다.

 

 

 

 

3C 321의 이 애니메이션은 주 은하의 중심부 초거대 질량의 블랙홀을 확대한 모습부터 시작된다.

뜨거운 가스가 블랙홀에서 푸른 원반을 거쳐 뿜어지고 있다.

이들 물질들은 블랙홀에 의해 집어삼켜진 것이지만, 이들 중 상당수가 거의 광속에 달하는 속도로 분출되고 있다.

이후 카메라가 뒤로 물러서면서 주 은하의 별들과 먼지들을 보여주고 있다.

시야가 점점 넓어지면서 동반은하가 주은하로부터 분출되고 있는 제트기류의 경로에 들어서는 모습이 보인다.

이 제트기류가 동반은하와 충돌하면서 굴절되고, 흩뿌려지고 있다.

 

 

 

원문>

This composite image shows the jet from a black hole at the center of a galaxy striking the edge of another galaxy, the first time such an interaction has been found. In the image, data from several wavelengths have been combined. X-rays from Chandra (colored purple), optical and ultraviolet (UV) data from Hubble (red and orange), and radio emission from the Very Large Array (VLA) and MERLIN (blue) show how the jet from the main galaxy on the lower left is striking its companion galaxy to the upper right. The jet impacts the companion galaxy at its edge and is then disrupted and deflected, much like how a stream of water from a hose will splay out after hitting a wall at an angle.

Each wavelength shows a different aspect of this system, known as 3C321. The Chandra X-ray image provides evidence that each galaxy contains a rapidly growing supermassive black hole at its center. Hubble's optical light images (orange) show the glow from the stars in each galaxy. A bright spot in the VLA and MERLIN radio image shows where the jet has struck the side of the galaxy - about 20,000 light-years from the main galaxy - dissipating some of its energy. An even larger "hotspot" of radio emission detected by VLA (seen in an image with a much larger field-of-view) reveals that the jet terminates much farther away from the galaxy, at a distance of about 850,000 light-years away. The Hubble UV image shows large quantities of warm and hot gas in the vicinity of the galaxies, indicating the supermassive black holes in both galaxies have had a violent past. Faint emission from Chandra, Hubble and Spitzer, not shown in this image, indicate that the galaxies are orbiting in a clockwise direction, implying that the companion galaxy is swinging into the path of the jet.

Since the Chandra data shows that particle acceleration is still occurring in this hotspot, the jet must have struck the companion galaxy relatively recently, less than about a million years ago (i.e. less than the light travel time to the hotspot). This relatively short cosmic time frame makes this event a very rare phenomenon. This "death star galaxy" will produce large amounts of high-energy radiation, which may cause severe damage to the atmospheres of any planets in the companion galaxy that lie in the path of the jet. From the Earth we look down the barrel of jets from supermassive black holes, however these so-called "blazars" are at much safer distances of millions or billions of light-years.

 

 Full Story>

A powerful jet from a supermassive black hole is blasting a nearby galaxy, according to new data from NASA observatories. This never-before witnessed galactic violence may have a profound effect on planets in the jet's path and trigger a burst of star formation in its destructive wake.

Known as 3C 321, the system contains two galaxies in orbit around each other. Data from NASA's Chandra X-ray Observatory show both galaxies contain supermassive black holes at their centers, but the larger galaxy has a jet emanating from the vicinity of its black hole. The smaller galaxy apparently has swung into the path of this jet.

This "death star galaxy" was discovered through the combined efforts of both space and ground-based telescopes. NASA's Chandra X-ray Observatory, Hubble Space Telescope, and Spitzer Space Telescope were part of the effort. The Very Large Array (VLA) in Socorro, N.M., and the Multi-Element Radio Linked Interferometer Network (MERLIN) telescopes in the United Kingdom also were needed for the finding.

"We've seen many jets produced by black holes, but this is the first time we've seen one punch into another galaxy like we're seeing here," said Dan Evans, a scientist at the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Mass. and leader of the study. "This jet could be causing all sorts of problems for the smaller galaxy it is pummeling."

Jets from supermassive black holes produce high amounts of radiation, especially high-energy X-rays and gamma-rays, which can be lethal in large quantities. The combined effects of this radiation and particles traveling at almost the speed of light could severely damage the atmospheres of planets lying in the path of the jet. For example, protective layers of ozone in the upper atmosphere of planets could be destroyed.

Jets produced by supermassive black holes transport enormous amounts of energy far from the black holes and enable them to affect matter on scales vastly larger than the size of the black hole. Learning more about jets is a key goal for astrophysical research.

"We see jets all over the universe, but we're still struggling to understand some of their basic properties," said co-investigator Martin Hardcastle of the University of Hertfordshire in the United Kingdom. "This system of 3C 321 gives us a chance to learn how they're affected when they slam into something like a galaxy and what they do after that."

The effect of the jet on the companion galaxy is likely to be substantial, because the galaxies in 3C 321 are extremely close at a distance of only about 20,000 light-years apart. They lie approximately the same distance as Earth is from the center of the Milky Way galaxy.

A bright spot in the VLA and MERLIN images shows where the jet has struck the side of the galaxy, dissipating some of the jet's energy. The collision disrupted and deflected the jet.

"This is a fascinating result, and we can be glad that we're seeing it from a safe distance," said Neil Tyson, an astrophysicist from the American Museum of Natural History in New York, who is not part of the research team. "Knowing how lethal the radiation from the jet could be, I wouldn't want to be anywhere near its line of fire."

Another unique aspect of the discovery in 3C 321 is how relatively short-lived this event is on a cosmic time scale. Features seen in the VLA and Chandra images indicate that the jet began impacting the galaxy about one million years ago, a small fraction of the system's lifetime. This means that such an alignment is quite rare in the nearby universe, making 3C 321 an important opportunity to study such a phenomenon.

It is possible the event is not all be bad news for the galaxy being struck by the jet. The massive influx of energy and radiation from the jet could induce the formation of large numbers of stars and planets after its initial wake of destruction is complete.

The results from Evans and his colleagues will appear in The Astrophysical Journal.

For more images and information about 3C 321, visit:
http://chandra.harvard.edu/photo/2007/3c321/

CONTACT

Grey Hautaluoma
Headquarters, Washington
(Phone: 202/358-0668)
grey.hautaluoma-1@nasa.gov

Jennifer Morcone
Marshall Space Flight Center, Huntsville, Ala.
(Phone: 256/544-7199)
jennifer.j.morcone@nasa.gov
Megan Watzke
Chandra X-ray Center, Cambridge, Mass.
(Phone: 617/496-7998)
mwatzke@head.cfa.harvard.edu

Ray Villard
Space Telescope Science Institute, Baltimore, Md.
(Phone: 410/338-4514)
villard@stsci.edu

 

 

동영상>

This animation of 3C 321 begins with a close-up of the supermassive black hole in the center of the main galaxy. Hot gas is falling towards the black hole via a blue disk. Some of this material is swallowed by the black hole, but much of it is ejected in a narrow jet of particles traveling at almost the speed of light. The camera then pulls back to show stars and a dust lane in the main galaxy. As the field of view continues to increase in size, the companion galaxy becomes visible as it swings into the path of the jet from the main galaxy. The jet is deflected and disrupted by the impact with the companion galaxy.