NGC 6240
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1. 개요
NGC 6240은 현재 은하 병합 과정의 마지막 단계에 있는 은하로, 중심부에 3개의 초대질량 블랙홀을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 2005년과 2008년의 관측을 통해 두 개의 블랙홀이 확인되었으며, 2019년 VLT 망원경을 통해 3개의 블랙홀이 존재함이 밝혀졌다. 이 발견은 '하나의 은하에는 하나의 초대질량 블랙홀만 존재한다'는 기존 학설을 뒤집는 사례로, 은하 진화와 충돌, 블랙홀의 변화에 대한 이해를 넓히는 데 기여했다. 또한, NGC 6240은 초발광적외선은하(ULIRG)로, 폭발적인 별 생성 현상을 보이며, 4개의 초신성이 관측되기도 했다.
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| NGC 6240 | |
|---|---|
| 기본 정보 | |
 | |
| 명칭 | NGC 6240 |
| 다른 명칭 | IC 4625 UGC 10592 PGC 59186 VV 617 |
| 별자리 | 뱀주인자리 |
| 형태 | I0 pec |
| 적경 | 16h 52m 58.9s |
| 적위 | +02° 24′ 03″ |
| 적색 편이 | 7339 ± 9 km/s |
| 시선 속도 | 7339 ± 9 km/s |
| 거리 | 4억 광년 (100.5 Mpc) |
| 겉보기 등급 | 12.8 |
| 시직경 | 2.1′ × 1.1′ |
| 참고 사항 | 합병 잔해 |
| 발견 정보 | |
| 발견 | 1983년, J. W. Fried, H. Schulz |
2. 3개의 초대질량 블랙홀
NGC 6240 은하의 중심부에는 초대질량 블랙홀이 3개 존재하는 것으로 밝혀졌다. 초기 찬드라 엑스선 관측선을 이용한 스테파니 코모사 등의 관측에서는 두 개의 핵에서 강한 X선 방출이 감지되었으며, 이는 두 핵 모두 활동 은하핵임을 나타냈다.[17] 당시에는 이들이 합병하는 두 은하 각각의 중심에 있던 블랙홀일 것으로 추정되었다.
그러나 이후 VLT에 탑재된 MUSE 장비를 사용한 볼프람 콜라츠니와 동료들의 연구 결과, 실제로는 중심부에 3개의 초대질량 블랙홀이 존재한다는 사실이 확인되었다. 이 세 블랙홀의 질량은 각각 약 9억, 7억 1천만, 3억 6천만 태양 질량으로 추정되며, 이 중 두 개가 활동적인 상태이다.[6] 세 개의 블랙홀이 존재한다는 것은 NGC 6240이 최소 세 개의 은하가 합병하여 형성되었음을 시사한다. 수백만 년에 걸쳐 이 블랙홀들은 서로 더 가까워져 쌍성 블랙홀 또는 삼중 블랙홀 시스템을 형성할 것으로 예상된다.
2. 1. 발견 과정
NGC 6240 은하는 최근 다른 평범한 은하와 달리 중심부에 위치한 초대질량 블랙홀이 1개가 아니라 3개가 있다는 사실 때문에 주목받았다. 2005년, 찬드라 엑스선 관측선이 이 은하를 촬영했고 (왼쪽 첫 번째 사진), 과학자들은 이 은하에 적어도 2개의 초대질량 블랙홀이 존재한다는 것을 입증할 수 있었다. 3년 뒤인 2008년, 허블 우주망원경이 이 은하를 촬영했을 때 (왼쪽 두 번째 사진), 과학자들은 이 은하가 적어도 두 개의 은하가 충돌한 현장이며, 충돌 전 각 은하의 초거대 블랙홀들이 아직 합쳐지지 않았다고 추측했다.
그리고 2019년 11월, 남미 칠레 안데스 산맥에 있는 VLT 망원경으로 관측한 결과, NGC 6240의 중심부에는 3개의 초거대블랙홀들이 존재한다는 것이 입증되었다. 추가적인 관측 결과, 14년 전 찬드라 X-선 망원경 관측에서 2개의 블랙홀만 포착된 이유는 3개의 초거대 블랙홀 중 2개만 활발히 활동하고 있어 X-선으로 관측되었기 때문이었다. VLT 망원경의 관측으로, NGC 6240 은하는 적어도 3개의 은하가 합쳐진 결과물이라는 결론을 내릴 수 있었다.
이 발견은 당시 과학계에 큰 충격을 주었는데, 이는 기존의 '한 은하에는 한개의 초거대블랙홀만 존재한다'는 추측을 깨뜨린 첫 사례였기 때문이다. 또한, 은하 충돌 현장에서 기존 은하 중심부의 블랙홀들이 합쳐지기 전에 지구에서 한 개 이상의 블랙홀이 관측될 수는 있으나 (예: 더듬이 은하), 이는 NGC 6240 은하와 달리 아직 하나의 은하로 합쳐지기 전의 상황이다. NGC 6240처럼 하나의 은하로 합쳐진 직후에는 기존 은하들의 블랙홀들이 이미 하나로 합쳐졌을 것이라고 추측했었다. NGC 6240 은하의 블랙홀 발견으로 천문학자들은 은하의 진화와 충돌에 대해 더 자세히 알게 되었고, 중심의 초거대블랙홀들이 충돌 현장에서 어떻게 변화하는지에 대한 이해도 크게 진전되었다.
2. 2. 학계에 미친 영향
NGC 6240 은하는 최근 학계의 주목을 받았는데, 이는 은하 중심부에 위치한 초대질량 블랙홀이 일반적인 은하와 달리 1개가 아니라 3개라는 사실이 밝혀졌기 때문이다. 2005년 찬드라 엑스선 관측선의 관측을 통해 과학자들은 이 은하에 최소 2개의 초대질량 블랙홀이 존재함을 입증했다. 3년 뒤인 2008년 허블 우주망원경 관측에서는 NGC 6240이 최소 두 은하가 충돌한 현장이며, 충돌 이전 각 은하의 중심에 있던 초대질량 블랙홀들이 아직 합쳐지지 않은 상태일 것으로 추정되었다.
결정적인 증거는 2019년 11월, 칠레 안데스 산맥에 위치한 VLT 망원경 관측을 통해 나왔다. 이 관측으로 NGC 6240 중심부에 3개의 초대질량 블랙홀이 존재한다는 사실이 입증되었다. 14년 전 찬드라 X-선 망원경 관측에서 2개의 블랙홀만 포착된 이유는, 3개의 블랙홀 중 2개만이 활발하게 활동하며 X-선을 방출했기 때문으로 밝혀졌다. VLT 망원경의 관측 결과는 NGC 6240 은하가 최소 3개의 은하가 합쳐져 형성된 결과물이라는 결론을 뒷받침했다.
이 발견은 기존의 '''한 은하에는 한 개의 초대질량 블랙홀만 존재한다'''는 통념을 깨뜨린 첫 사례였기 때문에 당시 과학계에 큰 충격을 주었다. 물론 은하 충돌 과정에서 기존 은하들의 중심 블랙홀들이 합쳐지기 전이라면 일시적으로 여러 개의 블랙홀이 관측될 수 있다. 예를 들어 더듬이 은하(NGC 4038/9)가 그러한 경우이다. 하지만 NGC 6240처럼 이미 하나의 은하로 합쳐진 직후에는 기존 은하들의 블랙홀들도 이미 하나로 합쳐졌을 것이라고 추측해왔다. NGC 6240의 3개 블랙홀 발견은 천문학자들이 은하의 진화와 충돌 과정을 더 깊이 이해하는 계기가 되었으며, 은하 충돌 시 중심부 초대질량 블랙홀들이 어떻게 상호작용하고 변화하는지에 대한 연구에도 중요한 단서를 제공했다.
3. 초발광적외선은하 (ULIRG)
세이퍼트 은하로 분류되는 NGC 6240은 초발광적외선은하(Ultra Luminous Infrared Galaxies|울트라 루미너스 인프라레드 갤럭_시_즈eng, ULIRG)로도 분류된다. 이는 이 은하가 보통의 은하보다 훨씬 밝은, 비정상적으로 높은 광도(적어도 태양 광도의 1조 배, 즉 1012 L☉ 이상)를 가지고 있음을 의미한다.[16]
일반적으로 초발광적외선은하(ULIRG)의 막대한 적외선 에너지 방출 원인에 대해서는 여러 논의가 있다. 주된 에너지원으로는 격렬한 별 생성 활동이나 초대질량 블랙홀을 포함하는 활동 은하핵이 거론되며, 많은 경우 이 두 가지 현상이 함께 나타나는 것으로 여겨진다. 그러나 은하 중심부의 두꺼운 먼지가 빛을 가리기 때문에 정확한 원인을 규명하는 데 어려움이 따른다.
NGC 6240의 경우, 과거 은하 충돌 과정에서 중심의 초대질량 블랙홀이 방출하는 막대한 에너지나 충돌 여파로 인한 폭발적 항성생성이 강력한 적외선 방출의 근원일 것으로 추정되기도 하지만, 아직 명확히 입증된 것은 아니다. NGC 6240은 다른 ULIRG에 비해 상대적으로 가까운 거리에 위치하고 있어, ULIRG의 에너지원과 형성 과정을 이해하기 위한 중요한 연구 대상으로 주목받고 있다.
3. 1. ULIRG의 특징
세이퍼트 은하로 분류되는 NGC 6240은 초발광적외선은하( Ultra Luminous Infrared Galaxies|울트라 루미너스 인프라레드 갤럭_시_즈eng, ULIRG)로도 분류된다. 이는 보통 은하보다 비정상적으로 높은 광도(적어도 태양 광도의 1조 배, 즉 1012 ''L''☉ 이상)를 가지고 있음을 의미한다.일반적으로 초발광적외선은하(ULIRG)의 에너지원에 대해서는 많은 논쟁이 있다. 은하에서 방출되는 적외선은 주로 성간 매질의 먼지에서 나오는데, ULIRG는 이 적외선 영역에서 비정상적으로 밝은 빛을 낸다. ULIRG의 적외선 방출량은 태양 밝기의 1조 배(1012 ''L''☉) 이상이다.[16] 천문학자들은 강력한 별 생성 활동이나 초대질량 블랙홀을 포함하는 활동 은하핵이 먼지를 강하게 가열하여 이러한 막대한 적외선 방출을 일으키는 원인일 수 있다고 추측한다. 일반적으로는 이 두 가지 현상 모두 대부분의 ULIRG에 존재할 수 있다는 데 의견이 모아지고 있다.
하지만 ULIRG 중심부의 두꺼운 먼지가 가시광선뿐만 아니라 근적외선 영역의 빛까지 가리기 때문에 관측이 어렵다. 또한, 폭발적 항성생성(스타버스트 은하)과 활동 은하핵의 이론적 모델이 서로 비슷하게 보일 수 있어 ULIRG의 정확한 특성을 파악하는 데 어려움이 따른다. NGC 6240의 경우, 일부 과학자들은 은하 충돌 과정에서 중심의 초대질량 블랙홀이 방출하는 막대한 에너지나 충돌 여파로 인한 폭발적 항성생성이 강력한 적외선 방출의 근원일 것으로 추정하기도 하지만, 아직 명확히 입증되지는 않았다.
NGC 6240은 상대적으로 가까운 거리에 있는 ULIRG의 좋은 예시이기 때문에, 천문학자들이 그 에너지원을 이해하기 위해 집중적으로 연구하는 대상이다.
3. 2. 에너지원 논쟁
세이퍼트 은하로 분류되는 NGC 6240은 초발광적외선은하(ULIRG, Ultra Luminous Infrared Galaxies)이기도 하다. 이는 NGC 6240이 보통 은하보다 비정상적으로 밝은 광도(적어도 1012 L☉ 이상)를 가지고 있음을 의미한다.[16] 과학자들은 NGC 6240의 이러한 현상이 과거 은하 충돌 시 중심 초대질량 블랙홀의 막대한 에너지 방출이나 충돌 여파로 인한 폭발적 항성생성 때문일 것으로 추정하지만, 아직 명확히 입증되지는 않았다.일반적으로 ULIRG의 에너지원에 대해서는 많은 논쟁이 있다. 은하에서 방출되는 적외선은 주로 성간 매질의 먼지에서 나오는데, ULIRG는 이 적외선 영역에서 태양보다 1조 배 이상 밝은 비정상적인 광도를 보인다. 천문학자들은 강력한 별 생성 활동이나 초대질량 블랙홀을 포함하는 활동 은하핵이 먼지를 강하게 가열하여 이러한 막대한 적외선 방출을 일으키는 원인일 수 있다고 본다. 현재는 대부분의 ULIRG에 이 두 가지 요인이 모두 존재할 수 있다는 의견이 지배적이다.
그러나 ULIRG의 정확한 특성을 연구하는 데는 어려움이 따른다. 은하 중심부의 두꺼운 먼지가 가시광선뿐만 아니라 근적외선 빛까지 가리기 때문이다. 또한, 스타버스트 은하(폭발적 항성생성 은하) 모델과 활동 은하핵 모델이 관측적으로 유사하게 보일 수 있다는 점도 연구를 어렵게 만든다. NGC 6240은 다른 ULIRG에 비해 상대적으로 가까이 있기 때문에, ULIRG의 에너지원을 이해하기 위한 중요한 연구 대상으로 활발히 연구되고 있다.
3. 3. 연구 가치
세이퍼트 은하로 분류되는 NGC 6240은 동시에 초발광적외선은하(Ultra Luminous Infrared Galaxies|ULIRGeng)로도 분류된다. 이는 이 은하가 일반적인 은하보다 적외선 영역에서 비정상적으로 밝다는 것을 의미하며, 그 광도는 태양의 1조 배(1012 ''L''☉) 이상에 달한다.[16]일반적으로 ULIRG의 막대한 에너지원에 대해서는 많은 논쟁이 있어왔다. 은하에서 방출되는 강렬한 적외선은 주로 성간 매질 내 먼지가 가열되어 나오는 것으로 여겨진다. 천문학자들은 강력한 별 생성 활동이나 초대질량 블랙홀을 포함하는 활동 은하핵이 이처럼 먼지를 뜨겁게 달구는 원인일 수 있다고 추측해왔다. 현재는 대부분의 ULIRG에 이 두 가지 현상이 함께 존재할 수 있다는 것이 일반적인 견해이다. 그러나 ULIRG 중심부의 두꺼운 먼지가 가시광선 및 근적외선 빛을 효과적으로 가리고, 폭발적 항성생성 모델과 활동 은하핵 모델이 관측적으로 유사하게 보일 수 있어 그 정확한 특성을 파악하는 데 어려움이 따른다.
NGC 6240의 경우, 이러한 강력한 에너지 방출의 근원으로 과거 세 은하가 충돌하면서 중심 초대질량 블랙홀이 막대한 에너지를 분출했거나, 충돌의 여파로 폭발적 항성생성이 격렬하게 일어났을 가능성이 제기된다. 다만 이는 아직 명확히 입증되지 않은 추측 단계에 있다.
NGC 6240은 다른 ULIRG들에 비해 상대적으로 지구와 가까운 거리에 위치하고 있어, ULIRG의 에너지원과 형성 및 진화 과정을 이해하는 데 매우 중요한 연구 대상으로 주목받고 있으며 활발한 연구가 진행 중이다.
4. 은하 병합과 진화
NGC 6240은 두 은하가 서로 충돌하여 합쳐지는 은하 병합 과정의 마지막 단계에 있는 대표적인 예시이다. 은하 충돌은 중력의 영향으로 수십억 년 이상에 걸쳐 진행되는 매우 긴 과정으로, 과학자들은 NGC 6240이 바로 이 과정의 최종 단계에 도달했다고 보고 있다.[11][18] 관측 증거에 따르면 두 은하의 중심핵이 점차 가까워지고 있으며, 이 과정에서 가스와 별풍 등이 방출되는 현상이 나타난다. 이러한 현상들은 은하 병합의 마지막 단계에서 특징적으로 나타나는 것으로 알려져 있으며, 앞으로 NGC 6240은 하나의 거대한 은하로 합쳐질 것으로 예상된다.[11]
4. 1. 현재 상태
NGC 6240은 현재 은하 병합 과정의 마지막 단계에 접어들었다. 가까운 미래에 세 개의 블랙홀은 하나의 초거대 블랙홀로, 은하 자체는 하나의 거대한 은하로 합쳐질 것으로 예상된다.은하 충돌은 중력에 의해 두 은하가 서로를 향해 끌어당겨지며 결국 합쳐지기까지 수십억 년 이상 걸리는 느린 과정이다. 과학자들은 NGC 6240이 바로 이 충돌 직전의 마지막 단계에 도달했다고 본다. 사진 증거를 보면 두 개의 핵이 점점 가까워지고 있으며, 이 과정에서 많은 양의 가스와 별풍을 은하 외부로 방출하고 있다. 이 별풍은 매년 약 100 태양 질량에 해당하는 가스를 은하 밖으로 밀어낸다. 이러한 유형의 별풍과 블랙홀의 성장은 은하 충돌의 마지막 1,000만 년에서 2,000만 년 사이에 활발하게 나타나는 현상으로 알려져 있으며, 이는 NGC 6240의 병합 과정이 완료되기까지 남은 시간으로 추정된다.[11][18] 이 단계가 끝나면, 합쳐진 은하는 조석 꼬리나 플룸(plume)과 같은 구조가 사라지면서 안정된 합병 후 천체가 될 것이다.
4. 2. 블랙홀 병합
NGC 6240은 현재 은하 병합 과정의 마지막 단계에 접어든 것으로 보인다. 가까운 미래에 이 블랙홀들은 하나의 초대질량 블랙홀로, 은하 자체는 하나의 거대한 은하로 합쳐질 것으로 예상된다.250px으로 촬영한 X선 이미지. 은하의 광학 이미지 위에 중첩되어 있으며, 두 개의 활동 은하핵에서 나오는 X선 방출이 밝은 파란색 점 광원으로 보인다. 출처: NASA]]
스테파니 코모사(Stefanie Komossa)와 동료들이 찬드라 X선 관측선으로 관측한 결과, 두 개의 핵 모두에서 강력한 경X선 방출이 감지되었다. 이 방출의 강도와 낮은 이온화 상태 또는 중성 철에서 나오는 방출선의 존재는 두 핵 모두 활동 은하핵임을 시사한다.[5][17] 이 관측 결과는 원래 병합하는 두 은하의 중심에 각각 블랙홀이 존재했으며, 수백만 년에 걸쳐 서로 가까워지며 쌍성 블랙홀을 형성할 가능성을 보여준다.
그러나 초대형 망원경(VLT)의 MUSE 장비를 사용한 볼프람 콜라츠니(Wolfram Kollatschny)와 동료들의 후속 연구에서는 NGC 6240 중심에 실제로는 세 개의 초대질량 블랙홀이 존재한다는 사실이 밝혀졌다. 이들의 질량은 각각 약 9억, 7억 1천만, 3억 6천만 태양 질량으로 추정되며, 세 개 중 두 개는 활동적인 상태이다.[6] 세 번째 블랙홀의 존재는 기존의 두 개가 아닌 세 개의 은하가 병합하고 있을 가능성을 제기한다.
은하 병합은 중력의 영향으로 수십억 년 이상 걸리는 매우 긴 과정이다. 과학자들은 NGC 6240이 은하 충돌의 최종 단계에 있다고 보고 있다. 관측 증거에 따르면 은하 중심들이 점차 가까워지면서 가스와 별들을 방출하고 있으며, 이러한 별 형성 활동과 블랙홀의 성장은 병합의 마지막 1,000만 년에서 2,000만 년 사이에 집중적으로 일어나는 것으로 알려져 있다.[18]
4. 3. 최종 형태
NGC 6240은 현재 은하 병합 과정의 마지막 단계에 접어든 것으로 보인다. 은하 충돌은 중력의 영향으로 두 은하가 서로 끌어당겨 합쳐지기까지 수십억 년 이상 걸리는 느린 과정인데, 여러 연구를 통해 과학자들은 NGC 6240이 이 과정의 최종 단계에 도달했다고 결론 내렸다.[11][18]관측 결과에 따르면, 은하 중심의 핵들이 점차 가까워지고 있으며, 이 과정에서 많은 양의 가스와 별풍을 외부로 방출하고 있다. 이 별풍은 매년 약 100 태양 질량에 해당하는 가스를 은하 밖으로 내보내는 것으로 추정된다.[11] 이러한 강력한 별풍과 블랙홀의 성장은 은하 충돌의 마지막 1,000만 년에서 2,000만 년 사이에 나타나는 특징적인 현상으로 알려져 있으며, 이는 NGC 6240이 충돌 단계를 완료하기까지 남은 시간으로 예상된다.[11][18]
앞으로 가까운 미래에, NGC 6240 내부에 있는 3개의 블랙홀들은 하나의 초대질량 블랙홀로 합쳐질 것이며, 은하 자체도 결국 하나의 거대한 거대 은하로 합쳐질 것으로 예측된다. 이 단계 이후, 합쳐진 은하는 조석 꼬리나 플룸과 같은 구조들이 점차 사라지면서 안정된 합병 후 천체가 될 것이다.[11]
5. 초신성
NGC 6240에서는 다음과 같은 네 개의 초신성이 관측되었다.
| 초신성 이름 | 유형 | 등급 |
|---|---|---|
| SN 2000bg | IIn형 | 17.4[7] |
| SN 2010gp | Ia형 | 17.5[8] |
| SN 2013dc | IIP형 | 18.7[9] |
| PSN J16525760+0223367 | Ia형 | 15.8[10] |
6. 갤러리
참조
[1]
웹사이트
Hubble revisits tangled NGC 6240
http://www.spacetele[...]
2015-06-12
[2]
웹사이트
NASA/IPAC Extragalactic Database
http://nedwww.ipac.c[...]
2006-08-16
[3]
웹사이트
New General Catalogue Objects: NGC 6240
https://cseligman.co[...]
2024-08-28
[4]
논문
NGC 6240 – A unique interacting galaxy
1983
[5]
논문
Discovery of a Binary Active Galactic Nucleus in the Ultraluminous Infrared Galaxy NGC 6240 Using Chandra
2003
[6]
Q
[7]
웹사이트
Transient Name Server entry for SN 2000bg.
https://www.wis-tns.[...]
2023-03-25
[8]
웹사이트
Transient Name Server entry for SN 2010gp.
https://www.wis-tns.[...]
2023-03-25
[9]
웹사이트
Transient Name Server entry for SN 2013dc.
https://www.wis-tns.[...]
2023-03-25
[10]
웹사이트
Bright Supernovae - 2014.
https://www.rocheste[...]
2023-03-25
[11]
뉴스
Astronomers Unveil Growing Black Holes in Colliding Galaxies
https://www.nasa.gov[...]
NASA
2018-11-07
[12]
웹사이트
Hubble and Keck observatories uncover black holes coalescing
https://www.spacetel[...]
ESA / Hubble Space Telescope
2018-11-08
[13]
웹사이트
NASA/IPAC Extragalactic Database
http://nedwww.ipac.c[...]
2006-08-16
[14]
문서
距離d=v/H0より計算。v=視線速度=7339km/s、H0=ハッブル定数=73.0km/(Mpc・s)。dの単位は[Mpc]。光年は1pc=3.26光年より計算。
[15]
논문
NGC 6240 - A unique interacting galaxy
[16]
문서
単位で書くと1012''L''☉である。
[17]
논문
Discovery of a Binary Active Galactic Nucleus in the Ultraluminous Infrared Galaxy NGC 6240 Using Chandra
[18]
뉴스
Astronomers Unveil Growing Black Holes in Colliding Galaxies
https://www.nasa.gov[...]
NASA
2018-11-07
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