LOFAR(저주파 배열) 및 VLA(초대형 배열)를 통해 다양한 주파수에서 스테판 5중주에 대한 전파 관측. 붉은색은 충격파 전면뿐만 아니라 은하단과 그 너머의 일부 은하에서 나오는 강력한 전파 방출을 나타냅니다. 출처:하트퍼드셔 대학교. 우주의 전쟁터를 상상해 보세요. 무기는 없지만 거대한 은하계가 서로 충돌하여 성간 매체를 찢고 우주 전체에 충격파를 생성합니다. 이것은 대략 9,400만 광년 떨어진 곳에 위치한 유명한 은하단인 스테판의 5중주에서 일어나고 있는 일과 거의 같습니다.
새로운 연구에서는 망원경 관측을 사용하여 일부 은하계의 충돌 속도를 계산한 결과 시속 200만 마일이 넘는다는 놀라운 결론에 도달했습니다. 하지만 이 격렬한 충돌은 경로에 있는 모든 것을 파괴하는 것만은 아닙니다.
은하의 교차로
스테판의 5중주는 기본적으로 5개의 은하 그룹입니다. 이들 은하 중 4개는 실제로 거의 150년 전에 발견된 최초의 밀집 은하단을 형성합니다. 스테판의 오중주를 여러 은하계가 수렴하고 상호작용하고 충돌하는 은하 교차로로 생각해보세요. 특히 한 은하(NGC 7318b)가 빠른 속도로 은하군 속으로 뛰어들어 대규모 충격파를 일으키고 있다.
여기에서 생성된 난류는 별 형성을 촉발하고 분자 구름을 압축 및 파괴하며 은하 자체의 구조를 변경합니다. 이제 연구자들은 스페인 라 팔마에 있는 지구에서 가장 강력한 망원경 중 하나인 새로운 William Herschel 망원경 Enhanced Area Velocity Explorer(WEAVE)를 사용하여 이 충돌을 관찰했습니다.
스테판 퀸텟의 은하계 잔해. 유명한 은하 5중주 구성원 간의 충돌은 젊고 푸른 별부터 노화된 붉은 별까지 다양한 색상 범위에 걸쳐 다양한 별들을 드러냅니다. Hickson Compact Group 92로도 알려진 스테판의 5중주 사진은 2009년 NASA의 허블 우주 망원경에 장착된 새로운 광시야 카메라 3(WFC3)으로 촬영되었습니다. 뛰어난 해상도를 갖춘 최첨단 장비인 WEAVE 분광기는 과학자들이 전례 없는 세부 사항으로 충격 전면을 매핑할 수 있게 해주었습니다. 하지만 천문학자들이 이 장비만 사용한 것은 아닙니다. 그들은 LOFAR Two-Metre Sky Survey(LoTSS)의 무선 관측, X선 연구, JWST의 보관 데이터를 포함하여 여러 소스의 데이터를 결합하여 Quintet의 다중 파장 보기를 만들었습니다.
이 모든 데이터를 바탕으로 그들은 NGC 7318b가 320만km/h(200만mph)가 넘는 놀라운 속도로 이동하면서 이웃 은하계와 충돌하고 인근 은하계에 강력한 충격파를 생성하고 있다고 계산했습니다.
"1877년에 발견된 스테판의 5중주성은 천문학자들의 마음을 사로잡았습니다. 왜냐하면 이 은하단은 과거 은하들 간의 충돌로 인해 복잡한 잔해 지대 뒤에 남겨진 은하계 교차로를 나타내기 때문입니다"라고 하트퍼드셔 대학의 수석 연구원인 마리나 아르노도바(Marina Arnaudova) 박사는 말합니다.
이제 이 은하단의 역동적인 활동은 은하단이 시속 200만mph(320만km/h)가 넘는 놀라운 속도로 은하단을 강타하면서 다시 깨어나고 있으며, 이는 마치 제트 전투기의 음속 붐과도 같은 엄청나게 강력한 충격을 야기합니다.
은하 충격의 과학
LOFAR(저주파 배열) 전파 망원경의 전파 데이터를 보여주는 녹색 윤곽선과 함께 스테판의 Quintet의 James Webb 우주 망원경 이미지에 중첩된 WEAVE 데이터. 주황색과 파란색은 은하간 가스가 이온화되는 위치를 추적하는 WEAVE LIFU로 얻은 수소-알파의 밝기를 따릅니다. 육각형은 우리 은하계인 은하수만큼 큰 시스템에 대한 새로운 WEAVE 관측의 대략적인 범위를 나타냅니다. 크레딧:하트퍼드셔 대학교 은하간 매체의 충격은 우주 압력솥과 같습니다. 그들은 난기류, 가스 가열, 별 형성 또는 분자 구름 파괴를 촉발하여 에너지를 생성합니다.
"충격이 차가운 가스 주머니를 통과하면서 스테판의 은하계 매질에서 음속의 몇 배에 달하는 극초음속으로 이동합니다. 이는 WEAVE에서 볼 수 있듯이 원자에서 전자를 찢어내고 충전된 가스의 빛나는 흔적을 남길 만큼 강력합니다."라고 Arnaudova 박사는 말했습니다.
그러나 충격이 주변의 뜨거운 가스를 통과하면 훨씬 약해진다고 박사는 말했다. 하트퍼드셔 대학의 학생 Soumyadeep Das.
심각한 혼란을 야기하는 대신 약한 충격이 뜨거운 가스를 압축하여 저주파 배열(LOFAR)과 같은 전파 망원경에 의해 포착되는 전파를 생성합니다.
따라서 이 충돌의 격렬한 충돌에도 불구하고 일부 분자 수소와 먼지 알갱이는 살아남아 충격 후 냉각과 새로운 별 형성의 기초를 형성할 가능성이 높습니다. 또한 충격은 무선 방출을 증폭시켜 광도를 10배 증가시킵니다.
충격으로부터 보호되는 조밀한 가스 및 먼지 주머니는 계속해서 분자 수소를 형성합니다. 확산 전파 필라멘트와 소형 소스는 NGC 7319의 제트와의 상호 작용을 포함하여 충돌 효과를 추적합니다.
이 시스템은 은하 충돌이 구조와 화학을 어떻게 재구성하는지 보여주고 우주 진화에 대한 통찰력을 제공합니다. WEAVE와 같은 첨단 장비와 전자기 스펙트럼 전반의 보완적인 관측 덕분에 과학자들은 충돌하는 은하계의 복잡한 이야기를 하나로 엮어내고 있습니다.
RAL Space 및 옥스퍼드 대학의 WEAVE 수석 연구원인 Gavin Dalton 교수는 다음과 같이 결론을 내렸습니다.
"WEAVE가 여기에서 밝혀낸 세부적인 수준을 보는 것은 환상적입니다. 스테판의 5중주에서 볼 수 있는 충격과 전개되는 충돌의 세부 사항뿐만 아니라 이러한 관찰은 현재 능력의 한계에서 볼 수 있는 거의 해결되지 않은 희미한 은하의 형성과 진화에서 무슨 일이 일어날 수 있는지에 대한 놀라운 관점을 제공합니다."
저널 참고 자료:M I Arnaudova 외, WEAVE 최초의 빛 관찰:Stephan's Quintet의 충격 전선의 기원과 역학, 왕립 천문 학회 월간 공지 (2024). DOI:10.1093/mnras/stae2235
