가이아 임무는 예상보다 훨씬 오래된 은하수의 일부를 찾습니다.

가이아 임무는 예상보다 훨씬 오래된 은하수의 일부를 찾습니다.

ESA의 가이아 탐사선의 데이터를 사용하여 천문학자들은 '두꺼운 원반'으로 알려진 은하수의 일부가 130억 년 전에 형성되기 시작했음을 보여주었습니다. 이는 예상보다 약 20억 년 앞서고 빅뱅 이후 불과 8억 년입니다.

 

이 놀라운 결과는 독일 하이델베르크에 있는 막스 플랑크 천문학 연구소의 Maosheng Xiang과 Hans-Walter Rix가 수행한 분석에서 나온 것입니다. 그들은 Gaia의 EDR3(Early Data Release 3) 데이터 세트에서 밝기와 위치 데이터를 가져와 약 250,000년 동안 중국의 LAMOST(Large Sky Area Multi-Object Fiber Spectroscopic Telescope) 데이터에서 제공한 대로 별의 화학 조성 측정값과 결합했습니다. 나이를 알아내는 별.

그들은 아거성 별을 보기로 결정했습니다. 이 별들에서 에너지는 별의 핵에서 생성되는 것을 멈추고 핵 주변의 껍질로 이동했습니다. 별 자체가 적색 거성으로 변하고 있습니다. 아거성 단계는 별의 일생에서 상대적으로 짧은 진화 단계이기 때문에 나이를 매우 정확하게 결정할 수 있지만 여전히 까다로운 계산입니다.

스타들의 나이는?

별의 나이는 결정하기 가장 어려운 매개변수 중 하나입니다. 직접적으로 측정할 수는 없지만 별의 특성을 항성 진화의 컴퓨터 모델과 비교하여 추론해야 합니다. 구성 데이터가 이를 도와줍니다. 우주는 거의 독점적으로 수소와 헬륨으로 태어났습니다. 천문학자들에게 집합적으로 금속으로 알려진 다른 화학 원소 는 별 내부에서 만들어지고 별의 수명이 끝나면 우주로 다시 폭발하여 차세대 별에 통합될 수 있습니다. 따라서 오래된 별은 금속이 적고 금속성이 낮다고 합니다.

LAMOST 데이터는 금속성을 제공합니다. 밝기와 금속성을 함께 사용하면 천문학자들이 컴퓨터 모델에서 별의 나이를 추출할 수 있습니다. 가이아 이전에 천문학자들은 일상적으로 20-40%의 불확실성을 가지고 작업했으며, 이로 인해 결정된 연대가 10억 년 이상 부정확해질 수 있었습니다.

Gaia의 EDR3 데이터 릴리스는 이것을 변경합니다. Maosheng은 "Gaia의 밝기 데이터를 사용하여 아거성 별의 나이를 몇 퍼센트로 결정할 수 있습니다."라고 말했습니다. Maosheng과 Hans-Walter는 은하 전체에 퍼져 있는 25만 개의 아거성 별에 대한 정확한 연대로 무장하여 분석을 시작했습니다.

 

수천억 개의 별이 있는 약 130억 년 된 '막대 나선 은하'인 우리 은하수에 대한 예술가의 인상. 왼쪽에서 정면도는 가스와 우주 먼지의 확산 혼합물이 산재되어 있는 대부분의 별이 위치한 은하 원반의 나선 구조를 보여줍니다. 원반의 지름은 약 100,000광년이며 태양은 중심과 주변의 중간 정도에 위치합니다. 오른쪽에서 가장자리를 보면 디스크의 평평한 모양이 나타납니다. 관측은 하부 구조를 가리킨다: 두꺼운 원반에 약 700광년 높이의 얇은 원반이 박혀 있고 높이가 약 3000광년이고 오래된 별들로 채워져 있다. 시야의 가장자리는 또한 우리은하의 중앙 부분에 위치하고 약 100억 개의 별을 수용하는 은하 팽대부(Galactic Bulge)를 보여줍니다. 주로 오래되고 빨간색입니다. 왼쪽의 정면도에서도 볼 수 있는 팽대부는 전체가 땅콩 모양의 막대 모양과 유사한 길쭉한 모양을 하고 있으며 절반 길이가 약 10,000광년으로 우리은하를 막대 나선 모양으로 만듭니다. 은하. 크레딧: 유럽 우주국

은하수 해부학

우리 은하는 다양한 구성 요소로 이루어져 있습니다. 대체로 이들은 후광과 디스크로 나눌 수 있습니다. 후광은 원반을 둘러싼 구형 영역이며 전통적으로 은하계에서 가장 오래된 구성 요소로 여겨져 왔습니다. 디스크는 얇은 디스크와 두꺼운 디스크의 두 부분으로 구성됩니다. 얇은 원반에는 우리가 은하수라고 부르는 밤하늘의 안개 낀 빛 띠로 보이는 대부분의 별이 포함되어 있습니다. 두꺼운 원반은 얇은 원반의 높이의 두 배 이상이지만 반경은 더 작으며 태양 부근에 있는 은하수 별의 몇 퍼센트만 포함합니다.

이 다른 지역에서 아 거성 별 을 식별함으로써 연구원들은 은하수 형성의 타임라인을 구축할 수 있었고 그 때 놀라운 사실을 알게 되었습니다.

은하수 역사의 두 단계

항성 시대는 은하수의 형성이 두 단계로 나뉜다는 것을 분명히 보여주었다. 빅뱅 후 8억 년이 지난 첫 번째 단계에서는 두꺼운 원반이 별을 형성하기 시작했습니다. 헤일로의 내부 부분도 이 단계에서 함께 모이기 시작했을 수 있지만 약 20억 년 후 Gaia-Sausage-Enceladus로 알려진 왜소은하가 우리 은하와 합쳐지면서 이 과정이 완료될 때까지 빠르게 진행되었습니다. 그것은 후광을 별들로 가득 채웠고, 새로운 작업에서 분명히 밝혀진 바와 같이 초기의 두꺼운 원반이 별의 대부분을 형성하도록 촉발했습니다. 태양을 담고 있는 얇은 별 원반은 은하 형성의 두 번째 단계에서 형성되었습니다.

분석에 따르면 가이아-소시지-엔셀라두스의 합병으로 인한 별 탄생 폭발 이후, 빅뱅 후 약 60억 년이 지난 후 가스가 모두 소진될 때까지 두꺼운 원반은 계속해서 별을 형성한 것으로 나타났습니다. 이 기간 동안 두꺼운 원반의 금속성은 10배 이상 증가했습니다. 그러나 놀랍게도 연구자들은 항성연대와 금속성 관계가 매우 밀접하게 관련되어 있음을 확인했습니다. 이는 해당 기간 동안 별 을 형성하는 가스 가 잘 혼합 되었음을 나타냅니다. 전체 디스크에 걸쳐. 이것은 초기 은하수의 원반 영역이 금속을 광범위하게 효과적으로 퍼뜨릴 수 있는 매우 난기류 가스로 형성되었음에 틀림없다는 것을 의미합니다.

Gaia 덕분에 타임 라인

두꺼운 원반의 초기 형성 시기는 우리 은하의 초기 역사에 대한 다른 그림을 보여줍니다. "2018년 가이아-소시지-엔셀라두스와의 고대 합병이 발견된 이후로 천문학자들은 우리은하가 후광이 형성되기 전에 이미 그곳에 있었다고 의심했지만 우리는 그 은하수가 어떻게 생겼는지에 대한 명확한 그림이 없었습니다. "우리의 결과는 생일, 별 형성 속도 및 금속 농축 역사와 같은 은하수의 해당 부분에 대한 정교한 세부 사항을 제공합니다. 가이아 데이터를 사용하여 이러한 발견을 종합하면 우리 은하가 언제 어떻게 형성되었는지에 대한 우리의 그림에 혁명을 일으키고 있습니다." Maosheng은 말합니다.

그리고 우리는 비슷한 은하 원반이 형성되는 것을 볼 수 있을 만큼 충분히 멀리 우주를 들여다보지 않을 수도 있습니다. 130억 년의 나이는 7의 적색편이에 해당하며, 여기서 적색편이는 천체가 얼마나 멀리 떨어져 있고 그 빛이 우주를 가로질러 우리에게 도달하는 데 얼마나 오랜 시간이 걸리는지를 측정한 것입니다.

 

James Webb 우주 망원경이 우주에서 가장 오래된 은하수와 같은 은하를 볼 수 있도록 최적화됨에 따라 가까운 장래에 새로운 관측이 나올 수 있습니다. 그리고 올해 6월 13일 Gaia는 전체 세 번째 데이터 릴리스(Gaia DR3)를 출시할 예정입니다. 이 카탈로그에는 스펙트럼과 연대 및 금속성과 같은 파생 정보가 포함되어 있어 Maosheng의 연구와 같은 연구를 훨씬 더 쉽게 수행할 수 있습니다.

"새로운 분석과 데이터가 공개될 때마다 가이아는 우리 은하의 역사를 전례 없는 세부 사항으로 통합할 수 있게 해줍니다. 6월에 출시되는 가이아 DR3와 함께 천문학자들은 더 자세한 내용으로 이야기를 풍부하게 만들 수 있을 것입니다." Timo Prusti, ESA의 Gaia 프로젝트 과학자.