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우주 이야기 138 - 프로토 은하 발견 ?




 비교적 가까운 은하에서 과학자들이 새롭게 은하의 전단계라고 할 수 있는 프로토 은하 (Protogalaxy) 의 모습을 찾아냈습니다. 우리 은하에서 약 2100 만 광년 정도 떨어진 큰곰자리에 있는 M101 (혹은 NGC 5457) 은 바람개비 은하 (Pinwheel Galaxy) 라고도 불리고 있습니다. 실제로는 지름 17 만 광년 수준의 대형 나선 은하를 바로 위에서 보고 있는 것이지만 말이죠. 이 은하는 아주 상세하게 관측이 이루어진 은하이기도 하며 2011 년에는 Type Ia 초신성인 SN 2011fe 가 관측되어 주목을 끌기도 했습니다. 



(허블 우주 망원경 이미지를 합성한 M101 의 모습  Image: European Space Agency & NASA) 



 M101 은 이곳에 있는 15 개 은하들 가운데 가장 중요한 멤버로 여러개의 위성은하를 가지고 있습니다. 이 점은 우리 은하와 비슷합니다. 천문학자들은 이 은하에 대한 매우 상세한 허블 우주 망원경 이미지를 분석해서 이 은하 주변의 가스 구름을 면밀히 분석했습니다. 이 가스 구름은 이 은하의 거대한 나선 팔이 있는 디스크 지역 밖까지 뻗어 있으며 매우 거대합니다. 이 영상을 분석한 천문학자들은 M101 그룹에 새로운 2개의 수소 가스 구름이 있다는 것을 발견했습니다. 이 가스는 M101 과 독립적으로 존재했습니다. 


 이 가스 구름은 G1425+5235 과 G1355+5439 이라는 이름이 붙었는데 각각 Skipper 와 Gilligan 이라는 별칭을 붙였습니다. 이후 SDSS (Sloan Digital Sky Survey) 이미지를 다시 리뷰한 결과 Skipper 는 가스 뿐 아니라 별들도 같이 가지고 있는 실제 왜소 은하 (Dwarf Galaxy) 라는 사실이 밝혀졌습니다. 하지만 Gilligan 의 경우 가스만 존재하고 실제 별은 하나도 없는 상태였습니다. 


 이를 연구한 천문학자들은 Gilligan 의 경우 아직 별을 형성하기에는 가스의 밀도가 너무 낮다고 생각하고 있습니다. 그전에도 별은 없고 가스만 있는 거대한 수소 가스 구름이 발견된 바 있었지만 대부분 다른 은하와 연관된 수소 가스의 구름이었습니다. 이 경우에는 완전히 독립된 가스 집단으로 오랜 시간이 지나서 중력에 의해 밀도가 높아져야 별을 형성하고 결국 독립된 왜소 은하로 발전하게 될 것으로 생각되고 있습니다. 이를 테면 프로토은하 (Protogalaxy) 라고 부를 수 있는 존재인 셈입니다. 


 계속해서 천문학자들은 M101 및 주변 은하, 가스 구름을 연구한 결과 이 가스들이 결국은 M101 와 다른 은하의 상호 작용에 의해 생성된 것으로 추정할 만한 증거를 발견했습니다. M101 의 주변 가스에는 NE Plume 과 E spur 라고 부르는 밖으로 튀어나온 부분이 발견되며 이는 다른 은하가 스처 지나가거나 혹은 통과한 결과로 생각된다고 합니다. 




(M101 주변의 작은 은하와 가스 구름 Deep, wide-field optical image of M101. Outer parts of all galaxies rescaled up in brightness to highlight features in galaxy outskirts. (Credit: Chris Mihos (CWRU))  ) 

 NE (northeast) Plume 의 분석하면 상당히 젋고 푸른 별들이 많은데 이는 은하의 다른 부분보다 더 젋은 별로 채워져 있는 것으로 보이며 비교적 최근은 2억 5000 만년 전에 다른 은하가 통과하거나 스쳐 지나간 결과로 보인다고 연구팀은 생각하고 있습니다. 반면 E (eastern) spur 의 경우 늙고 붉은 별로 되어 있는데 은하의 안쪽에 있는 별들을 다수 포함한 것으로 보인다고 합니다. 


 이런 은하들의 상호 작용으로 인해 수소 가스들이 은하에서 은하 사이의 공간으로 나오게 되는 것으로 보이며 은하단 안에서 다양한 결과를 낳게 되는 것으로 생각됩니다. 그 중에는 새로운 은하의 탄생도 들어 있겠죠. 크게 보면 물론 은하들은 서로 멀어지지만 중력으로 결합된 은하단 내에서는 서로 충돌하거나 스쳐 지나갈 수도 있습니다.


 우주의 초기에는 아직은 별이 거의 없지만 미래에 중력에 의해 가스들이 모여 무수한 별을 형성하게 될 프로토은하에 해당되는 가스 구름이 다수 있었을 것입니다. 하지만 현재는 그런 것들이 거의 남아 있지 않겠죠. 아마도 이런 형태의 가스 구름은 흔하지 않은 발견으로 생각됩니다. 


 참고  
  
 Journal References:

  1. Chris Mihos, Katie Keating, Kelly Holley-Bockelmann, D. J. Pisano, Namir Kassim. The HI environment of the M101 group. Astrophysical Journal (in press), 2013 
  2. J. Christopher Mihos, Paul Harding, Chelsea E. Spengler, Craig S. Rudick, John J. Feldmeier. The Extended Optical Disk of M101. The Astrophysical Journal, 2013; 762 (2): 82 DOI: 10.1088/0004-637X/762/2/82



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