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우주 이야기 638 - 초기 은하 주변의 헤일로



(Artist impression of a progenitor of Milky Way-like galaxies in the early universe with a background quasar shining through a 'super halo' of hydrogen gas surrounding the galaxy. New ALMA observations of two such galaxies reveal that these vast halos extend well beyond the galaxies' dusty, star-forming disks. The galaxies were initially found by the absorption of background quasar light passing through the galaxies. ALMA was able to image the ionized carbon in the galaxies' disks, revealing crucial details about their structures. Credit: A. Angelich (NRAO/AUI/NSF))


(Absorption of light from a background quasar reveals concentrations of neutral hydrogen gas in 'damped Lyman-alpha' systems. New observations of two systems revealed the associated galaxies. As seen in this false color image, the gas is detected at a surprising distance from the star-forming region, indicating a large halo or extended disk of gas around the galaxy. In this system, the separation is about 137,000 light years (42 kiloparsecs). Credit: M. Neeleman)


(Absorption of light from a background quasar reveals concentrations of neutral hydrogen gas in 'damped Lyman-alpha' systems. New observations of two systems revealed the associated galaxies. As seen in this false color image, the gas is detected at a surprising distance from the star-forming region, indicating a large halo or extended disk of gas around the galaxy. In this system, the separation is about 59,000 light years (18 kiloparsecs). Credit: M. Neeleman)


 은하는 거대하지만, 눈에 보이는 것만이 전부는 아닙니다. 은하 주변에는 헤일로(Halo)라고 부르는 가스의 구름이 존재합니다. 별을 생성하기에는 가스의 밀도가 낮긴 하지만 은하 사이 공간 보다는 가스 밀도가 높은 장소로 별이 몰려 있는 은하 중심부와 디스크 부분보다 몇 배나 큰 주변부 가스 집단입니다. 


 과학자들은 은하 헤일로의 초기 진화 모습을 관측하기 위해서 멀리 떨어진 은하를 관측했지만, 사실 먼 거리에서는 은하조차 희미한 점으로 보이기 때문에 관측의 어려움이 많았습니다. 그래서 천문학자들은 다른 방법을 응용하고 있습니다. 


국제 천문학자팀은 세계 최대의 전파 망원경인 ALMA (Atacama Large Millimeter Array)를 이용해서 멀리 떨어진 은하 주변 헤일로의 분포에 대한 정보를 얻었습니다. 이들이 사용한 방식은 매우 강력한 에너지를 내는 퀘이사에서 나오는 빛이 은하 헤일로를 통과할 때 흡수되는 정도를 분석하는 것입니다. 물론 말처럼 쉬운 일은 아니었지만, 이번에 두 개의 은하에서 데이터를 얻어내는 데 성공했다는 소식입니다. 


 그 결과 빅뱅 직후 10억 년 된 젊은 은하 주변에 상당히 많은 양의 가스가 존재함을 확인할 수 있었습니다. (가장 위의 모식도) 두 개의 은하 중 하나는 매년 태양 질량의 100배에 달하는 별이 생성되며 다른 하나는 25배 정도 되는 별이 생성되는 중입니다. 이 은하들은 이제 태어난지 얼마 되지 않았기 때문에 가스는 풍부하고 별은 적어서 별이 활발하게 생성 중입니다. 


 이 은하 주위 137,000광년과 59,000광년 떨어진 위치에는 우연히 지나가던 퀘이사가 있으며 과학자들은 이 퀘이사의 빛이 가스를 통과하면서 흡수되는 정도를 분석해서 거대한 가스 구름의 존재를 확인할 수 있었습니다. 이 가스는 확장된 은하 디스크나 헤일로의 전 단계로 해석할 수 있습니다. 


 아마도 우리 은하 역시 초기에는 이렇게 거대한 가스 구름을 가지고 있었을 가능성이 큽니다. 그리고 이 가스에서 많은 물질을 흡수해서 지금처럼 커지게 되었을 것입니다. 우리는 적어도 100억년 이전의 우리 은하의 모습을 최신의 관측 기술 덕분에 볼 수 있는 것입니다. 


 참고


 "[C II] 158-μm emission from the host galaxies of damped Lyman-alpha systems," Science, science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.aal1737




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