천문학자들은 화학적 단서를 사용하여 은하계의 120억년 역사를 재구성합니다.

오늘 발표된 연구는 자연 천문학먼 은하가 어떻게 발달하는지 연구하는 새로운 방법을 소개하고 “은하외 고고학”으로 알려진 새로운 분야를 확립합니다.

주저자이자 하버드 교수이자 천체물리학 센터 소장인 리사 큐리(Lisa Kewley)는 “화학적 고고학 방법이 우리 은하계 외부에서 이처럼 세밀한 부분까지 사용된 것은 이번이 처음”이라고 말했습니다. “우리는 우리가 어떻게 여기에 왔는지 알고 싶습니다. 우리 은하수는 어떻게 형성되었으며, 우리가 지금 호흡하고 있는 산소를 어떻게 호흡하게 되었습니까?”

화학적 단서로 NGC 1365 매핑

연구를 수행하기 위해 연구자들은 Las Campanas Observatory의 Irénée du Pont 망원경으로 수집한 TYPHOON 조사의 관측 결과를 사용했습니다. 그들은 넓은 원반이 지구를 향하고 있어 선명한 시야를 제공하는 인근 나선 은하인 NGC 1365에 초점을 맞췄습니다. 이를 통해 과학자들은 별이 활발하게 형성되고 있는 개별 지역을 확대하고 분석할 수 있었습니다.

젊고 뜨거운 별은 강렬한 자외선 복사를 방출하여 근처 가스에 에너지를 공급한다고 Kewley는 설명합니다. 이런 일이 발생하면 산소와 같은 원소는 측정할 수 있는 뚜렷하고 좁은 광선을 생성합니다.

천문학자들은 이미 은하 중심에는 산소와 같은 무거운 원소가 더 풍부한 경향이 있는 반면, 외부 지역에는 더 적은 원소가 포함되어 있다는 것을 알고 있습니다. 이러한 패턴은 별이 초신성으로 형성되고 폭발한 시기와 장소, 가스가 은하계 안팎으로 이동한 방식, 과거 다른 은하계와의 상호 작용 등 여러 과정에 의해 형성됩니다.

120억년에 걸친 은하 진화 추적

NGC 1365 전체에서 산소 수준이 어떻게 달라지는지 매핑하고 이러한 관찰 내용을 Illustris 프로젝트의 고급 시뮬레이션과 비교함으로써 팀은 은하계가 120억 년 동안 어떻게 발전했는지 재구성했습니다. 이러한 시뮬레이션은 빅뱅 직후부터 오늘날까지의 가스 이동, 별 형성, 블랙홀 활동 및 화학적 변화를 추적합니다.

연구자들은 약 20,000개의 시뮬레이션 은하를 조사하여 NGC 1365와 밀접하게 일치하는 은하를 식별했습니다. 이 비교를 통해 그들은 은하의 성장과 합병의 역사를 종합할 수 있었습니다.

그들의 발견은 중앙 지역이 일찍 형성되어 빠르게 산소가 풍부해졌음을 나타냅니다. 대조적으로, 외부 지역은 더 작은 왜소은하와의 반복적인 합병을 통해 점차적으로 수십억 년에 걸쳐 형성되었습니다. 외부 나선 팔은 더 최근에 형성되었을 가능성이 높으며 이러한 상호 작용 중에 가져온 가스와 별에 의해 연료가 공급되었습니다.

하버드 천체 물리학과의 Mallinckrodt 교수이자 CfA 천문학자인 Lars Hernquist는 “우리의 시뮬레이션이 다른 은하계의 데이터와 매우 밀접하게 일치하는 것을 보는 것은 매우 흥미롭습니다.”라고 말했습니다. “이 연구는 우리가 컴퓨터에서 모델링한 천문학적 과정이 수십억 년에 걸쳐 NGC 1365와 같은 은하를 형성하고 있음을 보여줍니다.”

은하 형성을 이해하기 위한 새로운 도구

전반적으로, 결과는 NGC 1365가 상대적으로 작은 은하로 시작하여 더 작은 이웃 은하와의 다중 합병을 통해 점차적으로 거대한 나선 은하로 성장했다는 것을 시사합니다.

Kewley는 이 연구가 은하계 가스의 화학적 특징을 사용하여 과거를 밝혀내고 은하외 고고학을 강력하고 새로운 접근 방식으로 확립하는 방법을 강조한다고 말합니다.

“이 연구는 이론의 직접적인 도움을 받아 관찰 결과를 생성할 수 있는 방법을 정말 잘 보여줍니다.”라고 그녀는 말했습니다. “저는 이것이 이론가이자 관찰자로서 우리가 함께 일하는 방식에도 영향을 미칠 것이라고 생각합니다. 왜냐하면 이 프로젝트는 50%는 이론이고 50%는 관찰이었고, 다른 하나 없이는 둘 중 하나를 수행할 수 없었기 때문입니다. 이러한 결론에 도달하려면 둘 다 필요합니다.”

이것이 은하수에 미치는 영향

은하수와 유사점을 공유하는 NGC 1365와 같은 은하를 연구하면 천문학자들은 우리 은하의 역사가 전형적인지 아니면 특이한지를 판단하고 은하가 진화하면서 취할 수 있는 다양한 경로를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

“나선은하들은 모두 비슷한 방식으로 형성되나요?” 큐리가 물었다. “그 형성 사이에 차이가 있습니까? 현재 산소는 어디에 분포되어 있습니까? 우리 은하계는 어떤 면에서 다르거나 독특한가요? 이것이 우리가 대답하고 싶은 질문입니다.”