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활동성 은하핵을 품은 '미니타원은하' 최초 발견 - 왜소은하의 진화 과정에 대한 새로운 증거 제시 2016-04-19

■ 일반적으로 거대타원은하에서만 발견되던 거대 질량 블랙홀의 활동성 은하핵 현상이 우리은하보다 작은 미니타원은하에서 처음으로 발견됐다. 왜소은하의 진화 과정을 밝힐 수 있는 새로운 증거가 관측된 것이다.


■ 한국천문연구원(원장: 한인우)은 우리은하의 질량보다 약 40배 작은 미니타원은하(SDSS J085431.18+173730.5)의 중심부에서 활동성 은하핵 현상을 발견했다. 이는 은하중심부 거대 질량 블랙홀의 특성을 이용해 왜소은하의 진화 과정을 규명하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다. 이번 연구는 한국천문연구원 은화진화그룹 산자야 파우델(Sanjaya Paudel), 이창희, 김민진 박사를 비롯한 국제 공동연구진에 의해 이루어졌으며, 천문학 분야 최상위급 학술지인 천체물리학저널(The Astrophysical Journal Letters)에 소개됐다.


□ 활동성 은하핵은 은하 중심에 위치한 거대 질량 블랙홀로 주변 물질들이 유입되면서 강한 에너지가 뿜어져 나오는 현상을 일컫는다. 주로 우리은하보다 질량이 큰 거대은하들에서 발견된다. 활동성 은하핵은 그로부터 나오는 강한 수소방출선의 세기와 선폭을 분석하여 중심부 블랙홀의 질량을 정확히 측정할 수 있어서, 그 블랙홀이 속한 은하인 모은하와 중심부 거대 질량 블랙홀의 동반 진화 과정을 연구하는 데 유용한 천체이다.


□ 한국천문연구원 은하진화그룹 연구팀은 슬론 전천 탐사(SDSS·Sloan Digital Sky Survey) 관측 자료와 하와이에 위치한 CFHT(Canada-France-Hawaii Telescope) 3.6미터 망원경을 이용한 광학관측 자료를 이용했다. 연구팀은 가까운 우주에 있는 왜소은하 탐색 연구를 통해 세계 최초로 미니타원은하의 중심에서 활동성 은하핵 현상의 직접적인 증거를 발견하였다.


미니타원은하(SDSS J085431.18+173730.5)의 중심에서 강한 에너지를 방출하는 활동성 은하핵을 발견하였다.

그림1. 미니타원은하(SDSS J085431.18+173730.5)의 중심에서 강한 에너지를 방출하는 활동성 은하핵을 발견하였다.


□ 이번에 발견한 미니타원은하의 중심 블랙홀은 태양 질량의 약 2백만 배에 이르며,  은하 전체 별 질량의 약 0.1%에 해당한다. 은하 중심에 위치한 거대 질량 블랙홀은 모은하의 질량이 증가함에 따라 동반 성장하는 것으로 잘 알려져 있다. 이번 발견으로 인해 그동안 거대타원은하들에서 관측돼온 은하질량과 블랙홀 질량간의 상관관계가 미니타원은하에서도 동일하게 성립함이 밝혀졌다.


□ 이전까지 알려진 미니타원은하들은 대부분 거대은하의 근처에서만 발견됐었다. 이 때문에 왜소은하는 거대은하의 강력한 중력장에 의해 주위를 맴돌던 위성은하의 외곽부가 뜯겨나간 후 남은 은하중심부 잔재라는 이론이 지배적이었다. 하지만 새롭게 발견된 미니타원은하는 근처에 이웃한 거대은하가 없이 고립된 환경에 위치하고 있다. 이에 연구팀은 이 은하가 우리은하보다 100배 이상 작은 왜소은하 간의 병합에 의해 만들어진 고밀도의 타원체 은하일 것으로 추정하고 있다.


□ 연구팀은 이번 연구결과를 확장하여 다양한 형태의 왜소은하들에 대해서 거대 질량 블랙홀의 존재 여부를 밝히기 위한 탐색 연구를 지속적으로 수행할 예정이다. 더불어 활동성 은하핵을 감싸고 있는 은하들의 내부구조와 운동역학적 성질을 자세히 연구하기 위해 제미니천문대(Gemini Observatory)의 8.1미터 망원경 등 대형망원경을 이용한 후속 관측을 추진하고 있다.


수소방출선 그래프, 은하중심부의 광학 스펙트럼에서 강력한 수소방출선들이 검출되었고, 분석 결과 미니타원은하의 중심에 태양질량의 약 2백만에 이르는 거대 질량 블랙홀이 존재함이 확인되었다.

그림 2. 은하중심부의 광학 스펙트럼에서 강력한 수소방출선들이 검출되었고, 분석 결과 미니타원은하의 중심에 태양질량의 약 2백만에 이르는 거대 질량 블랙홀이 존재함이 확인되었다.


[참고 1] 연구팀 논문

○ 연구팀

- Sanjaya Paudel(한국천문연구원 은하진화그룹 박사후연구원)
- Michael Hilker(독일 유럽남부천문대 연구원)
- 이창희(한국천문연구원 은하진화그룹 선임연구원)
- 김민진(한국천문연구원 은하진화그룹 선임연구원)


○ 논문

- The Astrophysical Journal Letters, vol. 820, 19
“SDSS J085431.18+173730.5: THE FIRST COMPACT ELLIPTICAL GALAXY HOSTING AN ACTIVE NUCLEUS”
Paudel et al.

(http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8205/820/1/L19)

(http://arxiv.org/abs/1603.07832)


[참고 2] 용어 설명

(참고자료 1) 미니타원은하

질량이 우리은하보다 작은 왜소은하들의 한 종류로서, 학술용어로는 조밀타원은하(compact elliptical galaxy)라고 부른다. 조밀타원은하는 태양질량의 약 10억 배 이하의 질량을 가지며, 비슷한 질량을 가지는 왜소타원은하(dwarf elliptical galaxy)에 비해 크기가 훨씬 작은 특징이 있다. 대표적인 예로서 안드로메다은하의 위성은하인 M32가 있다.


미니타원은하의 대표적인 예인 M32는 안드로메다은하의 근처를 맴돌던 위성 왜소은하가 거대한 중력장에 의해 외곽부가 파괴되고 남은 은하 중심부의 잔재일 것으로 추정된다. M32 미니타원은하의 중심에도 태양질량의 약 250만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 있는 것으로 추정되나 현재는 은하핵의 활동성이 정지되어 있는 것으로 관측된다.

그림 3. 미니타원은하의 대표적인 예인 M32는 안드로메다은하의 근처를 맴돌던 위성 왜소은하가 거대한 중력장에 의해 외곽부가 파괴되고 남은 은하 중심부의 잔재일 것으로 추정된다. M32 미니타원은하의 중심에도 태양질량의 약 250만 배에 달하는 거대 질량 블랙홀이 있는 것으로 추정되나 현재는 은하핵의 활동성이 정지되어 있는 것으로 관측된다.


(참고자료 2) 거대 질량 블랙홀

보통 은하 중심에 위치하고 있다고 알려져 있으며, 무게가 태양 질량의 십만 배에서 백억 배에 이르기 때문에, 거대 질량 블랙홀이라고 불린다.


[자료문의]

☎ 042-865-3205, 광학천문본부 은하진화그룹 이창희 그룹장

☎ 042-865-2108, 광학천문본부 은하진화그룹 김민진 선임연구원 

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