자기화된 은하수 후광(magnetized Galactic halo) 발견
- 기초과학 / 문광주 기자 / 2024-09-25 19:08:22
5'00" 읽기
- 길이가 16,000광년 이상인 자기 필라멘트는 은하계 중심이 아니라 은하수 막대 끝에서 발생
- 흥미로운 점은 은하수가 비활성 은하이며 여전히 강력한 유출을 생성하고 있다는 것
- 겹치는 초신성 폭발의 집합적 효과는 초당 100~1,000km의 속도로 물질을 방출해 은하풍을 생성할 수 있다
우리 은하의 별 원반은 넓은 껍질, 즉 후광으로 둘러싸여 있다. 그 안에는 별의 수가 적지만 암흑 물질과 뜨거운 가스가 더 많다. 최근 몇 년 동안 엑스레이와 전파 망원경은 굴뚝 모양의 구조, 얇은 전파 필라멘트, 두 개의 거대한 라디오 버블, 감마선을 방출하는 은하 중심 위의 페르미 버블 등 은하계 평면 위로 높이 솟아 있는 여러 구조를 발견했다. 2020년에 eROSITA X선 망원경이 페르미 버블 너머로 확장된 두 개의 더 큰 버블을 발견했다.
거대한 규모의 자기 필라멘트
이제 천문학자들은 또 다른 새로운 구조, 즉 은하수 평면 위와 아래로 16,000광년 이상 확장된 거대한 자기 구조를 발견했다. 지구에서 보면 이 자기 필라멘트는 지평선에서 지평선까지 뻗어 있으며 길이는 최대 150개의 보름달이다. 이탈리아 국립 천체 물리학 연구소(INAF)의 He-Shou Zhang이 이끄는 팀은 eROSITA X선 망원경을 사용해 이러한 자기 후광 구조를 추적했다.
"우리의 연구는 은하수의 X선 후광에 있는 자기장에 대한 최초의 상세한 매핑을 제공한다"고 Zhang은 말했다. 그러나 페르미 버블과 e로지타 버블과 달리 새로 발견된 자기 구조는 뜨거운 가스로 만들어지지 않았다. 대신, 이들의 편광된 X선 방출은 싱크로트론 방사선에서 발생한다. 충격파에서 강하게 감속되는 고에너지 전자가 이 방사선을 방출한다.
eROSITA 버블과 유사
eROSITA 버블과 자기 필라멘트 사이에는 몇 가지 유사점도 있다. "자기장 선은 버블의 가장자리와 평행하게 이어진다"고 천문학자들은 보고했다. 두 구조 모두 서쪽으로 약간 기울어져 있다. Zhang과 그의 동료들은 "이것은 자기 구조와 eROSITA 버블 사이의 잠재적인 연결을 암시한다"고 썼다. 두 경우 모두 가스와 입자는 은하 내부 영역에서 강력한 유출로 인해 가속된다.
이에 대한 흥미로운 점은 "일부 활동적인 은하가 그러한 유출을 생성한다는 것은 이미 알려져 있다"고 INAF의 공동 저자 Gabriele Ponti는 설명했다. 이러한 은하풍은 대부분 은하 중심의 활성 블랙홀이나 극단적인 별 형성에 의해 주도된다. "그러나 여기서 흥미로운 점은 은하수가 비활성 은하이며 여전히 강력한 유출을 생성하고 있다는 것이다.“
블랙홀이 아닌 막대 끝에서 시작됨
그러면 은하수에서 이러한 유출과 자기 구조가 발생하는 원인은 무엇일까? 추가 분석에 따르면 자기 필라멘트와 eROSITA 거품의 기원은 우리 은하의 중심 블랙홀에 있는 것으로 보이지 않는다. 예를 들어, 페르미 기포에 대해 가정된 것과는 달리, 과거 궁수자리 A*의 폭발은 이러한 X선 및 자기 구조의 원인인 것으로 보이지 않는다.
대신 분석 결과에 따르면 자기 필라멘트는 별 원반에서 약간 더 멀리 떨어진 영역에서 발산되는 것으로 나타났다. "이러한 영역은 은하 중심에서 약 9,700~16,300광년 떨어진 은하 막대 끝에 있는 활동적인 별 형성 영역에 해당한다"고 Zhang과 그의 동료들은 설명했다. "이것은 강렬한 별 형성과 은하 유출 사이의 새로운 연관성을 보여준다.”
초신성이 원동력인가?
특히, 천문학자들은 이러한 은하풍을 생성하는 것은 별 형성 자체가 아니라, 이 별 형성 구역에서 짧은 수명의 거대 별에 의해 발생하는 많은 초신성 폭발이라고 의심한다. “겹치는 초신성 폭발의 집합적 효과는 초당 100~1,000km의 속도로 물질을 방출해 은하풍을 생성할 수 있다”고 연구원은 설명했다.
동일한 메커니즘으로 인해 은하수의 별 원반 너머까지 확장되는 거대한 무선 구조가 잠재적으로 발생할 수 있다. “이것은 서로 다른 파장에서 발생하는 이 방사선의 공통 기원에 대한 가설을 뒷받침한다”고 천문학자들은 기술했다. 따라서 자기 구조와 X선 및 라디오 버블 모두 그러한 항성 폭발 단계로 거슬러 올라갈 수 있다.
은하수와 은하계의 후광에 대한 새로운 관점
연구팀에 따르면, 이러한 새로운 발견은 우리 은하와 그 구조에 관한 연구에서 중요한 진전을 의미한다. "우리의 연구는 은하계 헤일로에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 별 형성의 복잡하고 격동적인 생태계를 이해하는 데 도움이 된다"고 Zhang은 말했다. 그와 그의 동료들은 비활성 블랙홀이 있는 다른 은하계에서도 매우 유사한 과정이 일어날 것이라고 의심하고 있다.
폰티는 “아마도 은하수는 이런 유형의 은하계에서 흔히 볼 수 있는 현상을 우리에게 드러내고 있을 것”이라며 "그러면 그들의 발전에 대해 더 많은 것을 알 수 있다"고 말했다.
(Nature Astronomy, 2024; doi: 10.1038/s41550-024-02362-0)
출처: INAF, Radboud 대학교
- 길이가 16,000광년 이상인 자기 필라멘트는 은하계 중심이 아니라 은하수 막대 끝에서 발생
- 흥미로운 점은 은하수가 비활성 은하이며 여전히 강력한 유출을 생성하고 있다는 것
- 겹치는 초신성 폭발의 집합적 효과는 초당 100~1,000km의 속도로 물질을 방출해 은하풍을 생성할 수 있다
자기화된 은하수 후광(magnetized Galactic halo) 발견
거대한 자기 구조는 은하계에서 16,000광년 이상 확장돼 있다.
새로운 현상:
천문학자들이 은하수 후광에서 거대한 자기 구조를 발견했다. 자기 띠는 은하계 평면 위와 아래로 멀리 확장돼 있다. 흥미로운 점은 길이가 16,000광년 이상인 이 자기 필라멘트는 은하계 중심이 아니라 은하수 막대 끝에서 발생한다는 것이다. 이는 자기 후광의 원인에 대한 결정적인 단서를 제공한다.
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| ▲ 천문학자들은 은하수의 후광에서 eROSITA X선 거품(녹색)과 일부 유사한 거대한 자기 구조(흰색)를 발견했다. © H.-S. Zhang(INAF) et al. / Nature Astronomy 2024 |
우리 은하의 별 원반은 넓은 껍질, 즉 후광으로 둘러싸여 있다. 그 안에는 별의 수가 적지만 암흑 물질과 뜨거운 가스가 더 많다. 최근 몇 년 동안 엑스레이와 전파 망원경은 굴뚝 모양의 구조, 얇은 전파 필라멘트, 두 개의 거대한 라디오 버블, 감마선을 방출하는 은하 중심 위의 페르미 버블 등 은하계 평면 위로 높이 솟아 있는 여러 구조를 발견했다. 2020년에 eROSITA X선 망원경이 페르미 버블 너머로 확장된 두 개의 더 큰 버블을 발견했다.
거대한 규모의 자기 필라멘트
이제 천문학자들은 또 다른 새로운 구조, 즉 은하수 평면 위와 아래로 16,000광년 이상 확장된 거대한 자기 구조를 발견했다. 지구에서 보면 이 자기 필라멘트는 지평선에서 지평선까지 뻗어 있으며 길이는 최대 150개의 보름달이다. 이탈리아 국립 천체 물리학 연구소(INAF)의 He-Shou Zhang이 이끄는 팀은 eROSITA X선 망원경을 사용해 이러한 자기 후광 구조를 추적했다.
"우리의 연구는 은하수의 X선 후광에 있는 자기장에 대한 최초의 상세한 매핑을 제공한다"고 Zhang은 말했다. 그러나 페르미 버블과 e로지타 버블과 달리 새로 발견된 자기 구조는 뜨거운 가스로 만들어지지 않았다. 대신, 이들의 편광된 X선 방출은 싱크로트론 방사선에서 발생한다. 충격파에서 강하게 감속되는 고에너지 전자가 이 방사선을 방출한다.
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| ▲ 2020년에 eROSITA X선 망원경을 사용하는 천문학자들은 은하수의 별 원반 위와 아래에서 거대한 X선 거품을 발견했다. 화살표는 이러한 거품의 외부 경계를 보여준다. © MPI für extraterrestrische Physik/ IKI |
eROSITA 버블과 유사
eROSITA 버블과 자기 필라멘트 사이에는 몇 가지 유사점도 있다. "자기장 선은 버블의 가장자리와 평행하게 이어진다"고 천문학자들은 보고했다. 두 구조 모두 서쪽으로 약간 기울어져 있다. Zhang과 그의 동료들은 "이것은 자기 구조와 eROSITA 버블 사이의 잠재적인 연결을 암시한다"고 썼다. 두 경우 모두 가스와 입자는 은하 내부 영역에서 강력한 유출로 인해 가속된다.
이에 대한 흥미로운 점은 "일부 활동적인 은하가 그러한 유출을 생성한다는 것은 이미 알려져 있다"고 INAF의 공동 저자 Gabriele Ponti는 설명했다. 이러한 은하풍은 대부분 은하 중심의 활성 블랙홀이나 극단적인 별 형성에 의해 주도된다. "그러나 여기서 흥미로운 점은 은하수가 비활성 은하이며 여전히 강력한 유출을 생성하고 있다는 것이다.“
블랙홀이 아닌 막대 끝에서 시작됨
그러면 은하수에서 이러한 유출과 자기 구조가 발생하는 원인은 무엇일까? 추가 분석에 따르면 자기 필라멘트와 eROSITA 거품의 기원은 우리 은하의 중심 블랙홀에 있는 것으로 보이지 않는다. 예를 들어, 페르미 기포에 대해 가정된 것과는 달리, 과거 궁수자리 A*의 폭발은 이러한 X선 및 자기 구조의 원인인 것으로 보이지 않는다.
대신 분석 결과에 따르면 자기 필라멘트는 별 원반에서 약간 더 멀리 떨어진 영역에서 발산되는 것으로 나타났다. "이러한 영역은 은하 중심에서 약 9,700~16,300광년 떨어진 은하 막대 끝에 있는 활동적인 별 형성 영역에 해당한다"고 Zhang과 그의 동료들은 설명했다. "이것은 강렬한 별 형성과 은하 유출 사이의 새로운 연관성을 보여준다.”
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| ▲ 거품 및 자기 구조 뒤에 있는 메커니즘: 페르미 거품은 블랙홀에서 발생하지만 eROSITA 거품과 자기 구조는 은하 막대 끝에 있는 별 형성 영역에서 발생한다. © H.-S. Zhang(INAF) 등/Nature Astronomy 2024 |
초신성이 원동력인가?
특히, 천문학자들은 이러한 은하풍을 생성하는 것은 별 형성 자체가 아니라, 이 별 형성 구역에서 짧은 수명의 거대 별에 의해 발생하는 많은 초신성 폭발이라고 의심한다. “겹치는 초신성 폭발의 집합적 효과는 초당 100~1,000km의 속도로 물질을 방출해 은하풍을 생성할 수 있다”고 연구원은 설명했다.
동일한 메커니즘으로 인해 은하수의 별 원반 너머까지 확장되는 거대한 무선 구조가 잠재적으로 발생할 수 있다. “이것은 서로 다른 파장에서 발생하는 이 방사선의 공통 기원에 대한 가설을 뒷받침한다”고 천문학자들은 기술했다. 따라서 자기 구조와 X선 및 라디오 버블 모두 그러한 항성 폭발 단계로 거슬러 올라갈 수 있다.
은하수와 은하계의 후광에 대한 새로운 관점
연구팀에 따르면, 이러한 새로운 발견은 우리 은하와 그 구조에 관한 연구에서 중요한 진전을 의미한다. "우리의 연구는 은하계 헤일로에 대한 새로운 통찰력을 제공하고 별 형성의 복잡하고 격동적인 생태계를 이해하는 데 도움이 된다"고 Zhang은 말했다. 그와 그의 동료들은 비활성 블랙홀이 있는 다른 은하계에서도 매우 유사한 과정이 일어날 것이라고 의심하고 있다.
폰티는 “아마도 은하수는 이런 유형의 은하계에서 흔히 볼 수 있는 현상을 우리에게 드러내고 있을 것”이라며 "그러면 그들의 발전에 대해 더 많은 것을 알 수 있다"고 말했다.
(Nature Astronomy, 2024; doi: 10.1038/s41550-024-02362-0)
출처: INAF, Radboud 대학교
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