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허블순차

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1. 개요

허블순차는 은하를 형태에 따라 분류하는 체계로, 에드윈 허블이 1926년에 제시했다. 타원은하, 렌즈형은하, 나선은하, 불규칙은하로 분류하며, 각 은하는 세부적인 형태로 나뉜다. 허블순차는 은하의 형태를 직관적으로 나타내지만, 은하 분류 기준의 주관성, 은하의 2차원 이미지에 기반한 분류라는 한계가 있다. 현대 천문학에서는 은하의 형태뿐만 아니라 별과 가스의 특성, 물리적 환경, 진화 과정을 종합적으로 고려하여 은하를 분류하고 이해하려는 연구가 진행되고 있다.

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허블순차
개요
이름허블 순차
원어Hubble sequence
고안자에드윈 허블
발표 연도1926년
분류 기준은하의 형태
주요 은하 유형타원 은하
렌즈형 은하
나선 은하
막대 나선 은하
불규칙 은하
허블 순차 다이어그램
허블 순차 다이어그램
허블의 은하 분류
허블의 은하 분류
상세 분류
타원 은하E0, E1, E2, E3, E4, E5, E6, E7
렌즈형 은하S0
나선 은하Sa, Sb, Sc
막대 나선 은하SBa, SBb, SBc
불규칙 은하Irr
파생 분류
드 보클레르 체계허블 순차를 확장한 은하 분류 체계

2. 역사적 배경

2. 1. 허블 분류 체계

1926년, 에드윈 허블은 은하를 형태에 따라 타원은하, 렌즈형은하, 나선은하, 불규칙은하로 분류하는 허블 분류 체계를 처음으로 제시하였다. 허블은 이 분류 체계를 발표하면서, 타원은하에서 렌즈형은하를 거쳐 나선은하 또는 막대나선은하로 진화한다는, 이른바 '음차도'를 제시하였다.[38]

허블은 이러한 은하의 진화적 묘사는 처음부터 의도한 것이 아님을 분명히 했다.[17][18]

> 강조하건대, 이 명명법은 순서상 위치를 의미하며 시간적 함의는 위험을 감수하고 해야 한다. 전체 분류는 순전히 경험적이며 진화 이론에 대한 선입견이 없다...[18]

허블의 음차도는 나선은하의 원반이 다수의 어린 별들과 활동적인 별형성영역이 분포하는 곳으로 관측되는데 비해, 타원은하는 대부분 늙은 항성종족으로 구성되어 있다는 사실로부터 반증된다. 초기 우주에는 나선은하와 불규칙은하가 더 많았다는 사실이 밝혀지면서 부정되었다.[38] 현대의 은하의 형성에 관한 이론에서는 오늘날의 타원은하가 처음의 두 은하 사이의 합병의 결과로 형성된다고 보고있다. 또한 렌즈형은하는 가스가 없어져 별의 형성을 지속할 연료가 고갈된, 진화한 나선은하이기도 하다.[20]

그럼에도 불구하고, 허블 분류 체계는 은하의 형태를 직관적으로 나타내고, 각 형태에 따른 은하의 물리적 특징과 관련성이 높아 현대 천문학에서도 널리 사용되고 있다. 타원은하와 렌즈형은하는 통칭하여 "조기형"(''early-type'') 은하라고 하며, 나선은하와 불규칙은하는 "만기형"(''late-type'') 은하라고 한다.[17]

3. 형태에 따른 분류

3. 1. 타원은하 (Elliptical galaxies)

거대타원은하 ESO 325-G004


허블 순차에서 왼쪽에 위치한 타원은하는 매끄럽고 단조로운 밝기 분포를 가지고 있으며 사진에서 타원 모양으로 나타난다. 타원은하는 "E"로 표시되며, 뒤에 붙는 정수 n은 하늘에서 타원율의 정도를 나타낸다. n은 은하 타원율의 10배에 해당하는 수를 반올림한 값이다. 타원의 장반경을 a, 단반경을 b라고 할 때, 타원율은 \begin{matrix} e = 1-\frac{b}{a}\end{matrix}로 정의된다.[32] 타원율은 허블 도표의 왼쪽에서 오른쪽으로 증가하며, E0 (구형) 은하가 맨 왼쪽에 위치한다. 하늘에서의 은하 타원율은 실제 3차원적 모양과 간접적으로만 연관되어 있다.[5] 관측된 가장 평탄한 타원은하는 e=0.7 (E7)의 타원율을 가진다. E5-E7 은하는 대규모 디스크를 가진 렌즈형 은하로 잘못 분류되었을 가능성이 제기되기도 하였다.[6][7][8][9][10]

타원은하는 단순한 회전 타원체 형태이며 특별한 내부 구조가 없다. 편평률에 따라 E0에서 E7까지 세분화된다.

M49, M59, M60, M87, NGC 4125 등이 대표적인 타원은하이다.

3. 2. 렌즈형은하 (Lenticular galaxies)

허블의 소리굽쇠에서 두 나선가지가 타원가지와 만나는 중심에는 렌즈형은하가 위치하며, '''S0'''로 표기된다.[34] 렌즈형은하는 타원은하와 유사하게 밝은 중심 팽대부와 이를 둘러싸는 원반형 구조를 가지고 있다.[34] 나선은하와는 달리, 렌즈형은하의 원반은 가시적인 나선구조가 없고, 활동적인 별의 형성이 일어나지 않는다.[34] 팽대부는 보통 렌즈형은하의 가장 밝은 부분이다.[34]

정면을 바라보는 렌즈형은하는 E0형의 타원은하와 구별하기 어렵기 때문에, 많은 은하들의 분류가 불확실하다. 가장자리에서 바라봤을 때, 뚜렷한 먼지 띠가 가끔씩 원반의 별빛을 흡수하면서 보이기도 한다.

허블이 은하 분류 체계를 처음 발표했을 때, 렌즈형은하는 순수하게 가설상의 존재였다. 허블은 이들이 크게 평탄한 타원은하와 나선은하 사이의 중간 단계로써 필요할 것이라고 여겼다. 이후 (허블에 의한) 관측은 허블의 믿음이 정확했음과 S0형이 앨런 샌디지에 의한 허블순차의 위치에 정확히 포함됨을 보여주었다.[35]

렌즈형은하와 나선은하를 아우르는 총칭은 보통 원반은하로 표현된다. 렌즈형은하의 예로는 M85, M86, NGC 1316, NGC 2787, NGC 5866, 센타우루스자리 A가 있다.

3. 3. 나선은하 (Spiral galaxies)

SBbc형 막대나선은하 NGC 1300.


막대나선은하는 중심부에 막대 구조를 가진 나선은하이다. 모든 나선은하의 거의 절반은 중심의 팽대부에서 시작하여 나선팔이 시작되는 부분에서 끝나는 막대구조를 가지고 있는 것으로 관측된다.[33] 막대 구조는 은하 중심부의 별과 가스의 운동에 영향을 미쳐 나선팔 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

허블 분류에서 막대나선은하는 SB로 표기되며, 나선팔의 감긴 정도와 팽대부의 크기에 따라 다음과 같이 세분화된다.

  • SBa - 꽉 감기고 매끄러운 나선팔과 거대하고 밝은 중심 팽대부
  • SBb - SBa형 보다는 덜 꽉 감긴 나선팔과 어느정도 희미한 팽대부
  • SBc - 느슨하게 감긴 나선팔, 명확하게 분해되는 각각의 성단과 성운, 작고 희미한 팽대부
  • SBd - 매우 느슨하게 감긴 부분적인 나선팔, 대부분이 팽대부가 아니라 나선팔에서 비롯되는 광도


우리은하는 뚜렷한 나선팔과 막대나선을 가지는 SBb형으로 분류되지만, 우리가 은하 외부에서 본 것이 아니라 내부에서 관측 결과를 토대로 추론한 것이기 때문에 어느정도 불확실하다.

대표적인 막대나선은하로는 M91, M95, NGC 1097, NGC 1300, NGC 1672, NGC 2536, NGC 2903이 있다.

3. 3. 1. 막대나선은하 (Barred spiral galaxies)



막대나선은하는 중심부에 막대 구조를 가진 나선은하이다. 모든 나선은하의 거의 절반은 중심의 팽대부에서 시작하여 나선팔이 시작되는 부분에서 끝나는 막대구조를 가지고 있는 것으로 관측된다.[33] 막대 구조는 은하 중심부의 별과 가스의 운동에 영향을 미쳐 나선팔 형성에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.

허블 분류에서 막대나선은하는 SB로 표기되며, 나선팔의 감긴 정도와 팽대부의 크기에 따라 다음과 같이 세분화된다.

  • SBa - 꽉 감기고 매끄러운 나선팔과 거대하고 밝은 중심 팽대부
  • SBb - SBa형 보다는 덜 꽉 감긴 나선팔과 어느정도 희미한 팽대부
  • SBc - 느슨하게 감긴 나선팔, 명확하게 분해되는 각각의 성단과 성운, 작고 희미한 팽대부
  • SBd - 매우 느슨하게 감긴 부분적인 나선팔, 대부분이 팽대부가 아니라 나선팔에서 비롯되는 광도


우리은하는 뚜렷한 나선팔과 막대나선을 가지는 SBb형으로 분류되지만, 우리가 은하 외부에서 본 것이 아니라 내부에서 관측 결과를 토대로 추론한 것이기 때문에 어느정도 불확실하다.

대표적인 막대나선은하로는 M91, M95, NGC 1097, NGC 1300, NGC 1672, NGC 2536, NGC 2903이 있다.

3. 4. 불규칙은하 (Irregular galaxies)

왜소불규칙은하 대마젤란은하(LMC)


불규칙은하는 규칙적인 구조(원반 또는 타원체)를 가지지 않아 허블순차에 맞지 않는 은하이다. 심볼은 '''Irr'''로 표현된다. 허블은 두가지 유형의 불규칙은하를 정의했다.

  • Irr I - 비대칭적인 윤곽을 가지며 중심 팽대부 또는 뚜렷한 나선구조가 없는 은하이다. 이들은 그대신 어린 별들로 구성된 다수의 성단을 포함하고 있다.
  • Irr II - 보다 매끄럽고 비대칭적인 외양을 가지며 별이나 성단이 뚜렷하게 분해되지 않는 은하이다.


드 보클레르는 확장된 허블순차에서 Irr I 은하를 허블이 Irr I형으로 분류한 우리은하의 두 위성은하인 마젤란은하의 이름을 따서, '마젤란형 불규칙은하'(''magellanic irregular'')라고 불렀다. 대마젤란은하에서의 희미한 나선구조의 발견으로,, 드 보클레르는 나선구조에 대한 일부 증거를 보여주는 대마젤란은하와 같은 불규칙은하(Sm형)와 소마젤란은하와 같이 뚜렷한 구조가 없는 불규칙은하(Im형)로 세분화했다. 마젤란형 불규칙은하는 확장된 허블순차에서 보통 허블소리굽쇠의 나선가지 맨 끝부분에 위치한다.

불규칙은하의 예로는 M82, NGC 1427A, 대마젤란은하, 소마젤란은하가 있다.

4. 허블 분류의 한계와 확장

허블의 체계에 대한 공통적인 비판은 은하 분류 기준이 주관적이어서 관측자들이 동일한 은하를 서로 다른 유형에 배치할 수 있다는 점이다.[40] 숙련된 관측자들 사이에서도 허블 분류는 하나 정도의 차이를 보인다.[21][22] 1961년의 ''허블 은하 도감'' 이후,[23] 형태 유형(a, b, c 등)을 할당하는 데 사용되는 주요 기준은 팽대부-원반 플럭스 비율이 아닌 나선팔의 성격이었으며, 따라서 각 형태 유형에 대해 다양한 플럭스 비율이 존재한다.[23] 렌즈상 은하의 경우도 마찬가지이다.

허블 분류 체계는 은하의 2차원 이미지에서 은하의 외관을 기반으로 하기 때문에 실제 물리적 특성과 간접적으로만 관련되어 있다는 비판을 받는다. 특히, 방위 효과로 인해 문제가 발생한다. 동일한 은하를 정면과 가장자리에서 보았을 때 매우 다르게 보이기 때문이다. 초기형 시퀀스는 제대로 표현되지 않으며, ES 은하는 허블 시퀀스에서 누락되었고, E5–E7 은하는 실제로 S0 은하이다. 또한 막대 ES 은하와 막대 S0 은하도 존재하지 않는다. 육안 분류는 희미하거나 멀리 떨어진 은하에 대해 덜 신뢰할 수 있으며, 은하의 모습은 관측되는 파장에 따라 달라질 수 있다.

그럼에도 불구하고 허블 순차는 은하 외 천문학 분야에서 여전히 일반적으로 사용되며, 허블 유형은 광도, 색상, 질량(별과 가스) 및 별 생성률과 같은 은하의 많은 물리적으로 관련된 특성과 관련이 있는 것으로 알려져 있다.[26]

2019년 6월, 시민 과학자들은 갤럭시 주 프로젝트에서 일반적인 허블 분류, 특히 나선 은하와 관련된 분류가 증거에 의해 뒷받침되지 않을 수 있다고 주장했다.[27][28]

4. 1. 드 보클레르 분류 체계

4. 2. 특이은하 (Peculiar galaxies)

특이 은하는 충돌하고 있는 은하에서 자주 발견된다. 이들은 허블 분류에는 없는 종류이다. 특이 은하는 다른 은하와의 상호작용이나 은하 충돌, 병합 등의 과정을 겪고 있는 은하를 말하며, 허블 분류 체계로는 분류하기 어려운 독특한 형태를 보인다. 대표적으로, 충돌하는 은하, 고리 은하, 극고리 은하 등이 있다.

5. 은하 분류와 진화 연구의 최신 동향

현대 천문학에서는 은하의 형태뿐만 아니라, 은하를 구성하는 별과 가스의 특성, 은하의 물리적 환경, 은하의 진화 과정 등을 종합적으로 고려하여 은하를 분류하고 이해하려는 연구가 활발하게 진행되고 있다.

타원 은하와 렌즈상 은하는 통칭하여 "초기형" 은하라고 하며, 나선 은하와 불규칙 은하는 "후기형" 은하라고 한다. 이러한 명명법은 허블 순서가 타원 은하에서 렌즈상 은하를 거쳐 막대 나선 은하 또는 나선 은하로 이어지는 진화 순서를 반영한다는 일반적이지만 잘못된 믿음의 근원이다.[17] 허블은 이러한 해석을 의도한 것이 아님을 분명히 했다.[18]

나선 은하의 디스크가 많은 젊은 별과 활발한 별 생성 지역의 고향이라는 사실은 이러한 진화적 관점에 무게를 실어주는 듯하다. 반면 타원 은하는 주로 오래된 별 개체군으로 구성되어 있다. 그러나 현재 증거는 초기 우주가 나선 은하와 불규칙 은하가 지배하는 것으로 보이며, 현재의 타원 은하는 초기 구성 요소 간의 병합으로 형성되었음을 시사한다.[19] 일부 렌즈상 은하는 이러한 방식으로 형성되었을 수 있지만, 다른 은하는 기존 구형체 주변에 디스크를 축적했을 수 있다.[19] 일부 렌즈상 은하는 또한 진화된 나선 은하일 수 있으며, 가스가 제거되어 지속적인 별 형성을 위한 연료가 남아 있지 않다.[20]

5. 1. 대규모 탐사 관측

5. 2. 컴퓨터 시뮬레이션

5. 3. 인공지능 (AI)

6. 한국의 은하 연구

6. 1. 한국천문연구원 (KASI)

6. 2. 대형 망원경 프로젝트 참여

7. 결론

참조

[1] 논문 Extra-galactic nebulae
[2] 논문 Extra-galactic nebulae
[3] 서적 The realm of the nebulae https://archive.org/[...] Yale University Press
[4] 간행물 Springer Cham / Springer International Publishing
[5] 서적 Galactic Astronomy Princeton University Press
[6] 논문 The distribution of intensity in elliptical galaxies of the Virgo cluster. II
[7] 논문 The central part of the Coma cluster of galaxies
[8] 논문 Extended stellar kinematics of elliptical galaxies in the Fornax cluster
[9] 논문 The ATLAS3D project - III. A census of the stellar angular momentum within the effective radius of early-type galaxies: unveiling the distribution of fast and slow rotators
[10] 논문 The ATLAS3D project - XVII. Linking photometric and kinematic signatures of stellar discs in early-type galaxies
[11] 간행물 Classification and stellar content of galaxies obtained from direct photography http://nedwww.ipac.c[...] 2007-11-20
[12] 논문 Inclination- and dust-corrected galaxy parameters: bulge-to-disc ratios and size-luminosity relations 2008-08
[13] 서적 Astrophysik IV: Sternsysteme / Astrophysics IV: Stellar Systems 1959
[14] 논문 The Hubble type of the Milky Way galaxy
[15] 서적 Galaxy Formation Springer 1998
[16] 논문 Studies of Magellanic Clouds. I. Dimensions and structure of the Large Cloud 1955
[17] 논문 Hubble's Galaxy Nomenclature 2008
[18] 논문 The Classification of Spiral Nebulae 1927
[19] 문서 Hiding in plain sight: An abundance of compact massive spheroids in the local universe http://adsabs.harvar[...] 2015
[20] 서적 Cosmic Collisions: The Hubble atlas of merging galaxies https://books.google[...] Springer Science & Business Media 2010-04-07
[21] 논문 The morphology of distant cluster galaxies. 1: HST observations of CL 0939+4713 1994-07
[22] 논문 Galaxies, Human Eyes, and Artificial Neural Networks https://www.science.[...] 1995-02-10
[23] 서적 The Hubble Atlas of Galaxies
[24] 문서 Morphological catalogue of galaxies. Part 1. http://adsabs.harvar[...] 1962
[25] 문서 Photometric Parameters of Flat Galaxies. http://adsabs.harvar[...] 1973
[26] 논문 Physical Parameters along the Hubble Sequence
[27] 보도자료 Citizen scientists re-tune Hubble's galaxy classification https://www.eurekale[...] Royal Astronomical Society 2019-06-11
[28] 논문 Galaxy Zoo: Unwinding the winding problem – observations of spiral bulge prominence and arm pitch angles suggest local spiral galaxies are winding https://academic.oup[...] 2019-06-12
[29] 논문 외부은하성운
[30] 논문 외부은하성운
[31] 서적 성운의 왕국 예일 대학교 프레스
[32] 서적 은하 천문학 프린스턴 대학교 프레스
[33] 논문 외부 은하의 분류와 형태
[34] 논문 경사 및 먼지 보정 은하계수: 팽대부 대 원반의 비율과 크기-광도 관계 2008-08
[35] 간행물 직접사진에서 얻은 은하의 분류 및 별의 요소 http://nedwww.ipac.c[...] 2007-11-20
[36] 서적 은하 형성 Springer
[37] 논문 마젤란은하에 관한 연구. I. 대마젤란은하의 규모와 구조
[38] 논문 허블의 은하 용어
[39] 논문 나선성운의 분류
[40] 논문 먼 은하단 은하의 형태. 1: CL 0939+4713에 관한 HST 관측 1994-07
[41] 논문 허블순차에 따른 물리적 계수



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