고대비 영상으로 밝혀진 은하의 미지의 구조

은하의 구조

높은 영상 역학 범위를 달성한 결과, 일본 천문학자 팀은 중심에 에너지 블랙홀이 있는 거대한 은하를 덮고 있는 희미한 전파 방출을 처음으로 발견했다. 중심 블랙홀에 의해 직접 생성된 가스에서 방사선이 방출된다. 그 팀은 블랙홀이 어떻게 숙주 은하와 상호작용하는지를 이해하기 위해 같은 기술을 다른 퀘이사에 적용할 것으로 기대하고 있다. 지구에서 24억 광년 떨어진 3C273은 퀘이사이다. 퀘이사는 은하 중심에 거대한 블랙홀이 있다고 믿어지는 은하의 핵으로 주변 물질을 삼키고 엄청난 방사선을 방출한다. 일반적인 이름과는 달리, 3C273은 최초로 발견된 퀘이사로 가장 밝고 가장 많이 연구되었다. 망원경으로 가장 자주 관측되는 광원 중 하나로, 하늘의 위치를 기준으로 삼을 수 있기 때문이다. 다시 말해, 3C273은 무선 신호등입니다.

 

그 차의 헤드라이트가 밝아서 어두운 주변을 잘 볼 수 없다. 밝은 물체를 관찰할 때 망원경에서도 같은 일이 일어납니다. 동적 범위는 이미지에서 가장 밝은 색조와 어두운 색조의 대비입니다. 망원경의 한 번의 촬영으로 밝은 영역과 어두운 영역을 모두 나타내려면 높은 동적 범위가 필요하다. ALMA는 정기적으로 최대 100개의 영상 동적 범위를 얻을 수 있지만 상용 디지털카메라는 일반적으로 수천 개의 동적 범위를 갖는다. 전파망원경은 뚜렷한 대비를 가진 물체를 거의 보지 못한다.

 

3 C273은 수십 년 동안 가장 유명한 퀘이사로 알려져 왔지만, 지식은 대부분의 전파의 밝은 핵에 집중되어 있다. 그러나 희미한 확산 은하와 3 C273 핵의 결합을 감지하기 위해서는 높은 동적 범위가 필요하기 때문에 숙주 은하 자체에 대해서는 훨씬 덜 알려져 있다. 연구팀은 3C273에서 은하로 전파 누출을 줄이기 위해 자기 보정이라는 기술을 사용했으며, 3C273 자체를 망원경 시스템에 미치는 지구의 대기 변동 효과를 수정하는 데 사용했다. 그들은 85,000개의 영상 역학 범위에 도달했는데, 이는 은하 외 천체에 대한 ALMA 기록이다.

 

허블 우주 망원경

허블 우주망원경(HST)이 관측한 퀘이사 3 C273(왼쪽). 과도한 밝기는 망원경의 산란광에 의해 발생하는 방사형 빛의 누출을 초래한다. 오른쪽 아래에는 중심 블랙홀 주변의 가스에서 방출되는 고에너지 제트가 있다. | ALMA가 관측한 3C273의 전파 이미지이며, 원자핵(오른쪽) 주변의 희미한 확장된 전파 방출(청백색)을 보여준다. 밝은 중앙 소스가 이미지에서 제외되었습니다. 왼쪽 영상과 동일한 제트가 주황색으로 표시됩니다. 높은 영상역학 범위를 달성한 결과, 연구팀은 3C273의 주인 은하에서 수만 광년의 희미한 전파 방출을 발견했다. 퀘이사 주변의 전파 방출은 보통 항성을 형성하는 폭발이나 중심핵에서 방출되는 초고속 제트와 같은 고에너지 사건의 싱크로트론 방출을 시사한다. 싱크로트론 제트는 3 C273에도 있으며, 이미지의 오른쪽 하단 모서리에서 볼 수 있습니다. 싱크로트론 방출의 본질적인 특징은 주파수에 따라 밝기가 달라지는데, 연구팀이 발견한 희미한 전파 방출은 주파수와 상관없이 일정했다는 것이다. 대체 메커니즘을 검토한 후, 연구팀은 3C273 핵에 의해 직접적으로 전파가 전달된다는 것을 발견했는데, 이는 퀘이사 집합 하에서 이러한 메커니즘의 전파가 수만 광년 동안 연장된 최초의 사례이다. 천문학자들은 이 상징적인 우주 등대에서 수십 년 동안 이 현상을 간과해 왔다.

 

퀘이사 핵 에너지 

그렇다면 왜 이 발견이 그렇게 중요할까요? 퀘이사 핵의 에너지가 은하에서 항성을 형성하는 능력을 박탈할 만큼 충분히 강할 수 있을지는 은하 천문학에서 큰 미스터리였다. 약한 전파의 방출은 그것을 해결하는데 도움을 줄 수 있다. 수소가스는 별을 만드는 데 필수적인 구성 요소이지만, 이렇게 강한 빛에 의해 가스가 분해(이온화)되면 별이 탄생할 수 없다. 이 과정이 퀘이사 주변에서 일어나는지를 연구하기 위해 천문학자들은 이온화된 기체에서 방출되는 광학 빛을 이용했다. 광학광으로 작업하는 것의 문제점은 우주 먼지가 망원경으로 가는 도중에 빛을 흡수하여 가스가 얼마나 많은 빛을 방출하는지 알기 어렵다는 것이다. 게다가, 천문학자들은 광학 빛을 방출하는 메커니즘이 복잡하기 때문에 많은 가정을 해야 한다. 이 연구에서 발견된 전파는 동일한 기체에서 간단한 과정으로 발생하며 먼지에 흡수되지 않는다. 전파는 3C273의 핵에서 생성된 이온화된 가스를 측정하기가 훨씬 더 쉽다. 이 연구에서 천문학자들은 3C273에서 나오는 빛의 최소 7%가 이 수집에서 나오는 가스에 흡수되어 태양 질량의 100억 배에서 1000억 배까지 이온화된 가스를 생성한다는 것을 발견했다.