.X-Ray Echoes Unveil the Hidden 3D Landscape of Our Galaxy’s Heart
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.X-Ray Echoes Unveil the Hidden 3D Landscape of Our Galaxy’s Heart
X선 에코가 우리 은하 심장부의 숨겨진 3D 풍경을 공개합니다
Chandra X-ray Center 제공2025년 2월 7일1개의 댓글7분 읽기 페이스북 지저귀다 핀터레스트 전보 공유하다 은하수 중심부의 분자구름 창의적인 새로운 방법은 수십 년 분의 데이터를 사용하여 은하수 중심부에 있는 별의 탄생지인 분자 구름의 3D 구조에 대해 알아냅니다. 출처: X선: NASA/CXC/UConn/D. Alboslani et al.; 적외선: NASA/ESA/JPL/CalTech/Herschel; NASA/ESA/JPL/CalTech/Spitzer; 전파: ASIAA/SAO/SMA; 이미지 처리: NASA/CXC/SAO/N. Wolk
과학자들은 은하수 초거대 블랙홀 근처 에서 별을 형성하는 분자 구름의 최초의 3D 지도를 만들어 , 과거에 사수자리 A*의 플레어가 주변 가스와 어떻게 상호 작용했는지 밝혀냈습니다. 그들은 획기적인 X선 단층촬영 기술을 사용하여 이러한 구름의 숨겨진 구조를 재구성하여 별 형성과 은하 진화에서의 역할에 빛을 비췄습니다.
이 작업은 우리 은하의 폭력적인 과거의 비밀을 밝혀낼 뿐만 아니라 다른 은하에서 비슷한 극한 환경을 연구하기 위한 강력한 도구를 제공합니다. 가장 극단적인 별 형성 지역 매핑 코네티컷 대학의 연구원들은 우리 은하의 가장 극단적인 지역 중 하나에서 별 형성 가스 구름의 최초의 3D 지도를 만들었습니다. 그들은 또한 은하수의 초대질량 블랙홀인 궁수자리 A*(Sgr A*)의 과거 플레어링 사건을 연구했습니다.
은하수의 중심은 예외적으로 난류가 심한 환경으로, 가스 온도, 밀도, 움직임이 은하의 나머지 부분보다 약 10배 더 강렬합니다. 가끔 유입되는 가스가 Sgr A*에 도달하여 모든 방향으로 방사되는 강력한 X선 플레어를 유발합니다. 이러한 플레어는 형광이라는 과정을 통해 근처의 분자 구름(새로운 별이 형성되는 고밀도 가스 구름)과 상호 작용합니다.
X선 빛이 공간을 이동하면서 시간이 지남에 따라 이러한 구름의 여러 층을 비추는데, 이는 X선 스캔이 내부 구조를 드러내는 것과 매우 비슷합니다. 은하수 중심부의 분자 구름에 대한 주석 은하수 중심부와 돌 구름의 X선 및 광학 이미지. 출처: X선: NASA/CXC/UConn/D. Alboslani et al.; 적외선: NASA/ESA/JPL/CalTech/Herschel; NASA/ESA/JPL/CalTech/Spitzer; 라디오: ASIAA/SAO/SMA; 이미지 처리: NASA/CXC/SAO/N.
Wolk 새로운 X선 단층촬영법으로 숨겨진 구조가 밝혀지다
코네티컷 대학교 물리학 연구원 Danya Alboslani '24(CLAS)와 박사후 연구원 Samantha Brunker 박사는 물리학 조교수 Cara Battersby가 이끄는 은하수 연구소 의 일원으로, "Stone"과 "Sticks" 구름이라 불리는 두 개의 은하 중심 분자 구름의 3D 지도를 만드는 새로운 X선 단층촬영법을 개발했습니다. 이 지도는 3차원 공간에서 은하 중심 분자 구름을 최초로 렌더링한 것입니다. 알보슬라니는 1월 14일 메릴랜드주 내셔널 하버에서 열린 미국 천문학회(AAS) 245차 회의에서 "Sgr A*의 X선 에코가 은하 중심 분자 구름의 3D 구조를 드러낸다"라는 프레젠테이션에서 이 연구를 자세히 설명했습니다.
두 개의 원고가 AAS 저널에 제출되었으며 arXiv에서 볼 수 있습니다. 스톤 클라우드 엑스레이 스톤 클라우드의 X선 이미지. 출처: NASA/CXC/UConn/D. Alboslani et al. 은하수를 우주 실험실로 활용하다 "우리는 은하수 중심 분자 구역(CMZ)에서 일어나는 과정을 연구하고, 그 결과를 이용해 다른 극한 환경에 대해 배울 수 있습니다. 많은 먼 은하가 비슷한 환경을 가지고 있지만, 자세히 연구하기에는 너무 멀리 떨어져 있습니다. 우리 은하에 대해 더 많이 알게 되면, 오늘날의 망원경으로는 해결할 수 없는 먼 은하에 대해서도 알게 됩니다." 알보슬라니가 말했습니다. 알보슬라니는 Sgr A*가 과거에 X선 플레어를 방출했을 때 강렬한 활동을 겪었다고 설명합니다.
그 X선 플레어가 처음 지구에 왔을 때는 X선 망원경이 없었지만, X선 빛은 CMZ의 분자 구름과 상호 작용했습니다. "구름은 Sgr A*에서 오는 X선을 흡수한 다음 모든 방향으로 X선을 재방출합니다. 이 X선 중 일부는 우리를 향해 오고 있으며, 6.4 전자볼트 중성 철선이라는 매우 특정한 에너지 레벨이 분자 가스의 밀도 있는 부분과 상관관계가 있는 것으로 밝혀졌습니다." 알보슬라니가 말합니다.
"중심에 블랙홀이 있다고 상상하면 이런 X선을 생성해 밖으로 방사하고 결국 CMZ에 있는 분자 구름과 상호 작용하는데, 시간이 지나면서 구름의 다른 부분이 강조되므로 우리가 보는 것은 구름의 스캔입니다." 은하 중심은 많은 양의 먼지로 가득 차 있기 때문에 가시광선은 가려질 수 있지만, 강렬한 강착 사건 동안 Sgr A*가 방출하는 X선은 볼 수 있습니다.
신비한 X선 신호 디코딩
알보슬라니의 논문은 스톤 클라우드라고 불리는 은하 중심 분자 클라우드에 초점을 맞춘 반면, 브런커의 논문은 스틱 클라우드를 연구합니다.
"전반적인 형태적 일치, 특히 X선과 분자선 데이터에서 가장 밀도가 높은 영역의 연관성은 놀랍고 이렇게 작은 규모로 나타난 것은 처음입니다." 브런커가 말합니다. 알보슬라니와 브런커는 NASA 의 찬드라 X선 관측소에서 20년 동안 수집한 데이터를 사용하여 Stone과 Sticks 분자 구름의 3D 모델을 만들었습니다. 배터스비는 일반적으로 우주에서 물체의 두 가지 공간 차원만 볼 수 있지만, X선 단층촬영법을 사용하면 X선이 시간이 지남에 따라 구름의 개별 슬라이스를 비추는 것을 볼 수 있기 때문에 구름의 세 번째 차원을 측정할 수 있다고 설명합니다. 배터스비는 "조명 사이의 시간 지연을 사용하여 세 번째 공간 차원을 계산할 수 있습니다. X선은 빛의 속도로 이동하기 때문입니다."라고 설명합니다.
과거를 재구성하는 새로운 방법
알보슬라니와 브런커는 또한 서브밀리미터 어레이와 허셜 우주 관측소의 데이터를 사용하여 X선 에코에서 보이는 구조를 다른 파장에서 보이는 구조와 비교했습니다.
X선 데이터는 지속적으로 수집되지 않기 때문에 서브밀리미터 파장에서 보이는 구조 중 일부는 X선에서 보이지 않습니다. 그러나 그들은 이러한 "누락된" 구조를 사용하여 스톤 클라우드를 비추는 X선 플레어 이벤트의 지속 시간을 제한합니다. "우리는 X선에서 보이지 않는 분자 구조의 크기를 추정할 수 있습니다."라고 Brunker는 말합니다. "그리고 거기서 우리는 다양한 플레어 길이에 대해 관찰할 수 있는 것을 모델링하여 X선 플레어의 지속 시간에 제약을 가할 수 있습니다. 비슷한 크기의 '누락된 구조'를 가진 관찰을 재현한 모델은 X선 플레어가 4~5개월보다 훨씬 길지 않았을 것이라고 나타냈습니다."
별 형성의 비밀을 풀다
배터스비는 "2D로 수집된 데이터에서 분자 구름에 대해 많은 것을 배울 수 있지만, 추가된 3차원을 통해 새로운 별이 태어나는 물리학을 더 자세히 이해할 수 있습니다."라고 말합니다. "또한 이러한 관찰은 우리 은하 중심의 글로벌 기하학과 Sgr A*의 과거 플레어 활동에 대한 주요 제약 조건을 제시하는데, 이는 현대 천체물리학의 핵심 미해결 문제입니다." 3D 천체물리 매핑의 미래 3D로 분자 구름을 모델링하는 이 방법과 같은 선구적인 접근 방식은 연구자들이 별 형성으로 이어지는 조건에 대한 더 많은 정보를 얻는 데 도움이 됩니다.
이 작업의 또 다른 흥미로운 측면은 보관 데이터를 사용하는 새로운 방법을 제시한다는 것입니다. 알보슬라니는 말합니다. "미래에 발사되는 새로운 기구와 망원경은 천문학자들에게 더 높은 해상도를 제공하여 우리가 물체를 더 자세히 연구할 수 있게 해줄 것입니다. 그러나 우리는 시간을 거슬러 올라가 더 긴 기간 동안 물체를 연구하여 새로운 정보를 추출할 수도 있습니다. 바로 이 프로젝트가 하는 일입니다."
참고문헌: “3D MC I: X선 단층촬영술이 우리 은하 중심부의 분자 구름의 3차원 구조를 풀기 시작하다” Samantha W. Brunker, Cara Battersby, Danya Alboslani, Maïca Clavel, Daniel L. Walker, Dani Lipman, H Perry Hatchfield, Régis Terrier, 2025년 1월 13일, 천체물리학 > 은하의 천체물리학 . arXiv:2501.07717 Danya Alboslani, Cara Battersby, Samantha Brunker, Maïca Clavel, Daniel Walker 및 Dani Lipman의 "3D MC II: X선 에코가 CMZ에서 덩어리진 분자 구름을 드러냄", 2025년 1월 13일, 천체물리학 > 은하의 천체물리학 . arXiv:2501.07669 이 연구는 NASA(보조금 번호 80NSSC22K1125), 코네티컷 대학의 학부생 여름 연구 기금 지원, 학부 연구실의 연구 여행 지원, 그리고 센터 National d'Études Spatiales(CNES)의 자금 지원을 받았습니다.
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