은하 세상으로 여행

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은하 세상으로 여행

우주로의 여행

충북대학교 천문우주학과 김 용 기 교수

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1. 허블 우주 망원경과 떠나는 은하세상으로 여행

• 김용기교수

• 충북대학교 천문우주학과

• 2016년 11월 29일

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Fermi Bubbles: Milky Way

행성

분 - 시간

항성

년 – 수 천년

은하

백만 년– 수 십 억년

우주

수 십억년

시간/우주위치

빛이 그곳에서 지구까지 도달 할 때 걸리는 시간

페르미 버블 감마선 위성(2010):

• 페르미 감마선 위 성이 처음 발견 (2007)

• HST가 페르미 버 블내 가스의 분광 특성을 처음으로 규명

• 시속 2백만km이

상으로 바깥으로

방출되는 가스의

청색편이와 적색

편이를 발견

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Andromeda: M31

행성

분 - 시간

항성

년 – 수 천년

은하

우주

수 십억년

시간/우주위치

411번 이상 추적관측으로 얻어낸

모자이크 영상

지상관측 영상에

HST관측결과 합성

새롭게 발견된 천체들

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Whirlpool Galaxy(M51)

행성

분 - 시간

항성

년 – 수 천년

은하

우주

수 십억년

시간/우주위치

M51의 HST 모자이크 이미지:

• 9100만픽셀 모자이크 이미지

• 핑크빛 별탄생영역을 지나는 어두운 나선 팔에서 티끌성운들로부터 파란색의 새로 탄생한 성단들까지의 세부사항이 밝혀짐

• NGC 5196과의 조우가 뚜렷하게 보임

NGC 5196

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Sombrero Galaxy(M104)

행성

분 - 시간

항성

년 – 수 천년

은하

우주

수 십억년

시간/우주위치

M104의 HST ACS 이미지:

• 2800만 광년 거리

• 검은 티끌의 골이 확실하게 보임

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더듬이은하 (The Antennae)

행성

분 - 시간

항성

년 – 수 천년

은하

우주

수 십억년

시간/우주위치

충돌하는 은하:

• 6200만 광년 거리

• 1억년 전에 상호작용을 시작한 은하

• 가장 가깝고 제일 젊은 충돌은하

• 오렌지색: 은하의 중심

• 파랑색: 별형성 영역

• 핑크색: 주변의 수소가스가 가열된 모습

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The Antennae

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Rose Galaxy

행성

분 - 시간

항성

년 – 수 천년

은하

우주

수 십억년

시간/우주위치

합병하는 은하 Arp 273:

• UGC 1810- 조석작용으로 장미형태로 일그러진 원반

• UGC 1813- UGC 1810에 중력끌림

• 윗쪽의 푸른색 보석들: 밝고 뜨거운 젊은 별들이 모인 성단을 구성하고 있음 (강한 UV)

• 큰 은하와의 만남은 UGC 1813핵에서 강한 별탄생을 야기

UGC 1810

UGC 1813

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hst25_1111c_Arp273-3D

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A Grazing Encounter Between Two Spiral Galaxies (NGC 2207 and IC2163)

https://www.youtube.com/watch?v=yy8D6jD75xE

• NGC2207 의 강한 조 석력이 IC2163의 형태를 일그 러지게 하고 있다

• 사진의 오른 쪽 구석으로 향하는 별과 가스들의 펼 쳐진 거리는 십만광년 이 상이 된다

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https://www.youtube.com/watch?v=yy8D6jD75xE

A Grazing Encounter Between Two Spiral Galaxies (NGC 2207 and IC2163)

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Galactic Recycling

Spectrum of a galaxy’s halo

행성

분 - 시간

항성

년 – 수 천년

은하

우주

수 십억년

시간/우주위치

보이지 않는 은하헤일로를 보다!:

• 우리은하와 다른 40개의 헤일로 관측

• 멀리있는 퀘이사의 빛이 그 앞에 있는 은하의 가스 헤일로를 지나 가면서 생기는 스펙트럼을 관측하 여 헤일로의 질량및 구성원소를 추측

Galactic Recycling (친환경적인 은하):

• 우주역사의 초기부터 은하는 친환 경적인 태도를 배웠다 - 엄청난 양의 수소가스와 중원소 들을 꾸 준히 재생해서 수 십 억년동안 계 속적으로 별들을 형성해내고 있다 (하이브리드 자동차보다 더 효율 이 좋다!)

• 이렇게 계속되는 재활용으로 은하 는 수십억년동안 연료탱크가 고갈 되지 않고 유지한다

• 별 생성율이 높은 은하들은 자신 이 보유하고 있는 연료를 빨리 뿜 어내버리고 언젠가는 별생성활동 을 중지한다

• 우리은하는 적어도 십억년정도는 새로운 별들을 계속 탄생시킬 것 이다

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https://www.youtube.com/watch?v=BirzFtJ0MjM&t=9s

Galaxy Size Comparison

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너무 멀리 있거나 또는 가까이 있지만 실제 밝기가 어 두워서 육안관측이 불가능한 천체

육안관측: 개인에 따라, 장소에 따라 5등급 에서 6등급까지 관측 가능

2. Deep Sky

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• 성운: 우주공간에 존재하는 기체와 고체 미립자들로 구성된 성간물질로서 거대한 구름형태의 천체

• 성단: 수 천 또는 수 십만의 천체들이 상호인력에 의해 공간적으로 어느 한 지역에 밀집해 있으며, 공통된 운 동을 하는 천체

• 은하 : 우주가 생성된 후, 백 수십 억 년 전에 탄생한 천체로서 수 억개에서 수 조개의 별과 가스로 이루어 진 천체

DeepSky

^{의 종류}

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• 반사 성운: 온도가 높은 별 주위에 있는 성운이 별빛을 반사 하여 빛나게 된다.

- 푸른빛이 붉은 빛보다 더 많이 산란 되기 때문에 반사성운은 주 로 푸른 빛을 띈다.

성운(nebula)

^{의 종류}

•

발광 성운: 성간 가스가 높은 온도의 별에서 나오 는 자외선을 받아 이온화하여 스스로 빛을 발하는 성

•

암흑 성운: 운. 다량의 고체 미립자가 밝은 성운이나

은하 바로 앞에서 뒤의 빛을 차단시켜 그림자의 형태

로 나타난다.

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반사성운 - 오리온 대성운

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반사성운 - 플레이아데스

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발광성운 - 장미성운

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발광성운 - 독수리성운

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암흑성운 - 삼렬성운

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암흑성운 - 말머리성운

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• 산개성단: 수십 개에서 수백 개의 별들이 산만하게 모 여 있는 성단. 푸른색의 뜨거운 별들이 은하 면에 가까이 에 위치하고 있다.

• 구상성단: 수십 만개의 별들이 공처럼 모여 있고, 거의 구 대칭 형태를 이루며, 은하 중심 근처에서 은하 끝부분 에 이르기까지 분포되어 있다. 반지름은 20pc에서 50pc 정도이며, 역학적으로 매우 안정되고, 은하 생성 초기에 생 긴 것으로 추정되며 중원소 함량이 적은 늙은 별들로 구성

성단(Cluster)

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산개성단 - 플레이아데스 성단

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산개성단 - 페르세우스 이중성단

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산개성단 - 보석상자 성단

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산개성단 - 프레세페 성단

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구상성단 - M13

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구상성단 - M3

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20세기 초 망원경으로 본 은하:

희미한 작은 반점으로 보여

우리은하의 일부인 성단, 가스 성운 및 티끌과 구분 불가능 성운(Nebulae)라 명명됨 칸트(1724-1804):

18세기에 몇몇 성운들은 멀리있는 항성계일 것이라 제안 1908년까지 15,000개의 성운이 목록에 기재

몇몇 성운은 가스성운으로 정확하게 확인

관측 가능한 항성과 비교될만한 거리에 있는 경우 가스성운

우리은하의 가장자리 이상 떨어져 있다면 수십억 개의 별들 집단?

3. 성운에 대한 대 논쟁

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33

인간의 상상력을 초월하는 거대한 장관 ^{1920년까지의} _{천문학자들의 의견:}

우주의 모든 것들이

우리은하 안에 들어있다 1924년:

우리은하가 우주에서 유일한 은하가 아님이 밝혀짐

성운에 대한 대 논

쟁

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100인치 망원경으로 M31등 대형 나선은하 발견

어두운 세페이드 변광성 몇 개를 발견

Edwin Hubble

거리가 900,000LY임을 확인

1000만LY떨어진 가까운 나선은하 M83(직경3만LY)

격리된 은하!

1925년 성운의 거리에 관한 허블의 논문이 발표되었을 때

기립박수를 받았다

우주연구의 새로운 시대가 개막

- 외부은하 천문학 -

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• 나선은하 (Sa, Sb, Sc)

• 막대나선은하 (SBa, SBb, SBc)

• 타원은하 (E0, E1, E2 ……E7)

• 렌즈형 은하 (S0 ), 불규칙 은하(Ir)

은하(galaxy)

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• 1944년 Walter Baade : 안드로메다 은하에서 두 종족 구

별 _{종족 Ⅰ} _{종족 Ⅱ}

나선팔에 있는 밝고 푸른 별 Halo, 핵팽대부, 구상성단을 구성하는 별들

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• 현재의 종족 구별

종족 Ⅰ 종족 Ⅱ

위치 나선팔 은하전반, 핵팽대부에 집중

운동 은하중심주위를 원궤도로 운동 은하원반 높은 곳에서 Halo속으로 타원궤도 운동

구성 밝은 초거성, 높은 광도의 주계열성 성간물질, 분자운

행성상 성운, RR Lyrae형별 구상성단

나이 ~100억년 정도

(태양 포함)

110억년~

(초기 탄생한 늙은 별들) 중원소

함량 전체 항성질량의 1~4% 태양함량의 1/10~1/100 별이 죽으면→그 원소가 원료물질로 되어

→새로운 세대의 별 탄생→시간이 지나면 중원소가 많아짐

: 별들의 탄생시기를 알 수 있음

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나선은하

나선팔을 가지고 있는 은하로서 중심부에 공 모양

의 구상 팽대부(벌지)가 있고, 2개 또는 그 이상의

나선팔이 뻗어 나와 소용돌이를 이루고 있다. 이러

한 나선팔이 있는 곳을 원반부라고 하며, 이곳에는

수많은 가스와 성간물질들이 있어 은하의 빛을 차

단하고 있다

.

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나선은하 - 바람개비은하

M101 (NGC5457)

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나선은하 - 안드로메다은하

(M31, NGC224)

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막대나선은하

은하핵 중심에 막대 모양이 있으며,그 양끝으로 나 선팔이 감겨 있는 은하.

막대나선은하는 SBa, SBb, SBc 등으로 구분된다.

SBa에서 SBc로 갈수록 나선팔은 점점 이완상태가

되고 중앙 팽대부도 작아져 간다.

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막대나선은하 - NGC1365

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막대나선은하 - M91

(NGC4548)

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타원체형의 모양을 하고 있고 일반적으로 원반부가 없고, 중심으로부터 주변으로 가면서 완만하게 어 두워지는 형상을 하고 있다. 타원은하에는 가스 등 의 성간 물질은 거의 없으며, 대부분 종족 II에 속한 늙은 별들로 구성되어 있다.

타원은하

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타원은하 - M87

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타원은하

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불규칙은하 - LMC

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불규칙은하 - Cen A 특이 은하

(NGC5128)

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서로 다른 나이의 타 원, 나선, 불규칙은하:

• 가장 왼쪽에 아주 어린은하

• 허블 울트라 딥 필 드에 나오는 은하 들을 확대한 것

• 가로축은 우주의 대략적인 나이

• 가장 어린은하는 불규칙한 모양을 갖는 경향이 있음