7. 은하 은하

천체와 우주 천체와 우주

7. 은하 은하

우리 은하 우리 은하

 은하수 (Milky Way)

 은하수 (Milky Way)

• 미리내 – 미르(용)가 사는 내

• 은하수(銀河水) – 은빛 강물

• Milky Way – 우유빛 길

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γαλαξίας κύκλος

(

galaxías kýklos

galaxías kýklos

• 그리스 철학자 아낙사고라스와 데모 크리투스가 은하수는 먼 거리의 별들 로 되어 있다고 제안 (아리스토텔레 로 되어 있다고 제안 (아리스토텔레 스가

Meteorologica

• 은하수의 실체에 대하여 고대그리스부터 여러 제안이 있었으나,

• 맨눈으로는 하늘을 가로지르는 하얀 띠로 보인다.

은하수의 실체에 대하여 대 리 부터 여러 제안이 있었 나,

갈릴레이가 망원경으로 관찰하여 별의 집단임을 증명하였다.

은하 내 별의 분포

William Herschel이 그린 우리 은하의

은하 내 별의 분포

William Herschel이 그린 우리 은하의 모습 (1785). 별의 밝기는 모두 같다고 가정하고 거리를 유추하여, 그때까지 알려진 별의 분포를 그린 것이다. 태양 은 은하의 중심에 있고 원판형태의 분 은 은하의 중심에 있고 원판형태의 분 포를 가지고 있음을 알아냈다. 그는 은 하의 먼지 때문에 멀리 있는 별은 볼 수 없다는 사실을 알지 못했다.

20세기 초까지 사람들은 은하의 모습 이 이렇다고 생각했다. 여전히 태양 이 우주(은하)의 중심에 있다

현재 우리는 이렇게 생각하고 있다.

밝기 거리 밝기 거리

 밝기거리 (Luminosity Distance) 밝기거리 (Luminosity Distance)

• 별의 겉보기 밝기 = 별의 광도 4π (별의 거리)

• 광도(절대밝기)를 아는 별이 있다면 겉보기 밝기를 측정해서 별까지의 거 리를 알 수 있다

(별의 거리)

리를 알 수 있다.

• 다른 성질들을 측정해서 밝기를 알아낼

 표준촛불 (Standard Candle)

• 다른 성질들을 측정해서 밝기를 알아낼 수 있는 천체를 표준촛불이라고 부른다.

• 알려진 표준촛불

멀리 떨어진 천체의 밝기는 거리제곱에 반비례 해서 줄어든다

 세페이드 변광성 I, II형

 RR Lyra

 Ia형 초신성

해서 줄어든다.

 …

1908-1912년, H. Leavitt은 마젤란 성운의 변광성들을 연구하여 세페이드 변광성이 표준촛불로 쓰일 수 있음을 발견했다.

Pickering’s Harem

Henrietta Swan Leavitt

세페이드 변광성 세페이드 변광성

변광성은 일정한 주기로 밝기가 변한다.

• John Goodricke, 1784

•

변광성의 주기와 밝기 관계 발견 - 변광성의 주기와 밝기 관계 발견

• Harlow Shapley, 1915

- 변광성을 이용하여 우리 은하의 크기와 모양 제시

• Edwin Hubble, 1924

안드로메다 은하의 거리 측정 외부 은하임을 확인

세페이드 변광성은 주기와 절대 밝기가 연관되어 있어 주기를 - 안드로메다 은하의 거리 측정, 외부 은하임을 확인

•

알면 절대밝기를 알 수 있다.

우리 은하의 모습 우리 은하의 모습

 20세기에 다양한 관측을 통해 우리 은하의 모습을 파악

•

,

• 태양계는 은하의 중심에서 벗어난 곳에 위치

• 우리 은하에는 천억 개 이상의 별이 있는

것 추정

것으로 추정

우리 은하의 중심부 우리 은하의 중심부

먼지 때문에 우리 은하의 중심부는 가시광선영역에 먼지 때문에 우리 은하의 중심부는 가시광선영역에 서는 볼 수 없으나 전파, 적외선, X선을 통해 우리 은 하의 중심부를 조사할 수 있다.

적외선으로 본 우리 은하 중심부의 별 집단

전파(21cm)로 본 중심부의 필라멘트 파란색: X-ray view

녹색 파

전파(VLA, 파장 90cm)로 본 우리 은하의 중심부 녹색: mm파

은하 중심의 거대 검은 구멍 은하 중심의 거대 검은 구멍

우리 은하 중심을 돌고 있는 별들을 관찰해서 우리 은하의 중심에 태양 질량의 260만 배의 질량을 갖는 블랙홀이 존재하는 것으로 추정하고 있다.

성간 물질과 성운 성간 물질과 성운

 성간 물질 (Interstellar Medium) 성간 물질 ( )  성운 (Nebula)

• 은하 내 별들 사이에 존재하는 물질로 원자, 이온, 분자, 먼지, 우주선 등을 포함한다.

• 질량비로 99%의 기체와 1%의 먼지. 기체의

성운 ( )

• 먼지, 수소, 헬륨 등으로 된 성간 구름

• 성간 물질의 중력 수축이나, 초신성 폭발 등을 통해 형성

89%는 수소, 헬륨 9%, 금속 2%

초신성 잔해 – Crab Nebula 행성 성운

산개 성운

 전파로 보는 우리 은하

• 21cm 파를 관측하면 수소 원자의 분포를 알 수 있다.

• 21cm파는 수소원자의 극미세구조에서 나온다.

21cm파로 본 우리 은하

Messier Objects Messier Objects

 Messier Catalogue g

• 프랑스 천문학자 Charles Messier가 1771년에 작성하기 시작한 총 110개의 성운과 성단의 목록 (Messier가 프랑스 에서 활동을 해서 적위 35 7° 아래의 에서 활동을 해서, 적위 -35.7 아래의, 남반구에서만 관찰되는 천체는 목록에 없다.)

• Messier는 혜성 사냥꾼으로, 시간 낭비 를 막고자 혜성 비슷하지만 아닌 것의 목록을 작성했다.

h l

Charles Messier (1740-1817)

은하와 암흑 물질 은하와 암흑 물질

 회전 곡선 (Rotation Curve) 회전 곡선 ( )

• 은하 주위를 공전하는 별들의 회전 속력을 알면 은하의 질량 분포를 알 수 있다.

• 우리 은하의 회전 곡선 - 노란 점은 태양을 나타낸다. 붉은색 선은 알려진 별과 기체의 질량으로부 터 예상되는 회전곡선이고 파란색 선은 관측된 회전곡선이다.

• 은하의 원판 바깥에서 회전 속력이 줄어들지 않는 것은 암흑물질 때문인 것으로 추정하고 있다.

나선은하의 전형적인 회전곡선 나선은하의 전형적인 회전곡선

외부 은하 외부 은하

 성운(nebula)과 은하(galaxy) g y

• 150년경, 프톨레미가 Almagest에 5개의 구름처럼 보이는 별을 기록한 이후 여러 성운에 관한 관찰 기록이 있음.

• 1770년대 메시에(Charles Messier)가 100여 개의 흐릿한 물체 목록을 만듬(Messier objects). 1780년대 허쉘 남매(William and Caroline Herschel)가 천개 이상의 성운 목록 작성

 1920년 대논쟁 (Shapley–Curtis Debate)

독수리 성운 (M16, Eagle Nebula) 가스와 먼지가 모여 새로운 별이 탄생 하는 지역을 여러 개 가지고 있다.

• 나선 성운(은하)의 성격과 우리 우주의 크기에 관한 논쟁

• Shapley – 나선 성운은 작은 별의 집단으로 우리 은하 내부에 있다.

• Curtis – 나선 성운은 우리 은하 밖에 있는 또 다른 은하이다.

 외부 은하의 발견

• E. Hubble은 1925년 안드로메다

나선 성운은 우리 은하 밖에 있는 다른 은하이다

은 년 안 로메다 은하에서 세페이드 변광성을 관찰, 거리를 측정함으로써 안드로메다 은하가 우리 은하 외부에 있다는 것을 밝혔다.

것을 밝혔다 안드로메다 은하 (M31, Andromeda Galaxy)

우리 은하에서 가장 가까운 큰 나선 은하로 250만 광년 떨어져 있다.

Edwin Hubble과 Mount Wilson Observatory의 100-inch 망원경

 다양한 모습의 은하들

Hubble deep field

타원은하 M87 나선은하 NGC 4414 막대은하막대은하: NGC 1365

타원은하: M87 나선은하: NGC 4414

별난 은하: Cartwheel 활동성 은하 충돌하는 은하들

은하의 분류 은하의 분류

 Hubble의 의 은하 분류

• 모양에 따른 분류

• 타원 은하

• 나선 은하

• 막대나선 은하

• 불규칙 은하

우리 은하의 나선 구조 우리 은하의 나선 구조

 우리 은하는 막대나선 은하 우리 은하는 막대나선 은하

• 은하 나선 구조의 팔은 딱딱한 팔이 아니다.

• Density wave model

충돌하는 은하들 충돌하는 은하들

NGC 4676, or the Mice Galaxies – 약 2.9 억년 전에 충돌해서 합쳐지고 있는 것으로 NGC 3169 (left) and NGC 3166 (right) 추정된다

The Whirlpool Galaxy with its satellite NGC 5195

추정된다.

NGC 3169 (left) and NGC 3166 (right)

퀘이사 퀘이사

 퀘이사 (Quasar) 퀘이사 (Q )

• Quasi Stellar Radio Source를 줄인 말로 먼 거리에 (큰 적색편이) 있는 강력한 전파원

• 현재는 거대 블랙홀을 가진 활동성 은하 핵으로 인식

최초로 알려진 퀘이사들 3C273이 20억 광년 떨어져 있음을 보여

X선으로 본 3C273의 Jet

떨어져 있음을 보여 주는 스펙트럼

퀘이사 3C273의 허블 우주망원경 영상(오른 쪽). 중심부의 퀘이사 가 가려지면서 은하 가 보인다.

• 퀘이사의 밝기 변화 주기가 수일에서 수년까지

 Quasar의 에너지 문제

퀘이사의 밝기 변화 주기가 수일에서 수년까지 이므로 퀘이사의 크기는 그 동안 빛이 간 거리 보다 클 수 없다.

• 퀘이사가 방출하는 에너지의 양(power)을 고려할 때 중심부의 거대 블랙홀

• 퀘이사가 방출하는 에너지의 양(power)을 고려할 때 중심부의 거대 블랙홀 에 의한 중력에너지 엔진이 있을 것으로 추정

활동성 은하 활동성 은하

 활동성 은하 (Active Galaxies) 활동성 은하 (Active Galaxies)

• 강력한 전자기파 복사를 내는 활동성 은하핵(Active Galactic Nuclei, 줄여서 AGN)을 가진 은하

Normal Galaxy NGC 7626와 Active galaxy NGC 5548

Differences between active galaxy types and normal galaxies.

• 은하 중심의 초거대질량 검은 구멍에 물질이 증식되면서 강한 복사가 나오 는 것으로 추정

활 성 은하의

Galaxy

Type Active Nuclei

Emission

Lines X-rays Excess of Strong

Radio Jets Vari-

able Radio Nar- loud

row Bro-

ad UV Far-

IR

 활동성 은하의 분류

• Seyfert Galaxies

• Quasars

Normal no weak none weak none none none none no no Starburst no yes no some no yes some no no no Seyfert I yes yes yes some some yes no no yes no Seyfert II yes yes no some some yes no no yes no Quasar yes yes yes some yes yes some some yes 10%

• Blazars

• Radio galaxies

Quasar yes yes yes some yes yes some some yes 10%

Blazar yes no some yes yes no yes yes yes yes BL Lac yes no none/faint yes yes no yes yes yes yes

OVV > BL

OVV yes no Lac yes yes no yes yes yes yes Radio

galaxy yes some some some some yes yes yes yes yes

전파로 본 Cygnus A와 가시광선으로 본 중심부 Active Galaxy NGC 6251 전파로 본 모습

Centarius A (NGC 5128) 타원 은하와

먼지 띠 른쪽은 선 본 습

먼지 띠. 오른쪽은 X-선으로 본 모습으로 왼쪽의 2.5배 스케일. 제트가 보인다.

활동성 은하핵의 구조 활동성 은하핵의 구조

 활동성 은하핵의 통일 모형

 활동성 은하핵의 통일 모형

• 중심부의 거대 검은 구멍

• 물질 증식 원판 제

• 제트

 활동성 은하핵의 분류

• 보는 방향과 제트의 유무에

• 보는 방향과 제트의 유무에 따라 다른 모습으로 보인다.

• 제트가 강한 전파를 낸다.

은하의 분포와 거대 구조 은하의 분포와 거대 구조

 우주는 은하의 바다 우주는 은하의 바다

• 우리 우주의 모습을 보려면 은하의 분포를 살펴봐야 한다.

우주의 거대 구조

 우주의 거대 구조

• 은하군, 은하단, 초은하단

The Local Group

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우주에서 지구의 위치

우주에서 지구의 위치