안드로메다 은하와 우리 은하의 충돌
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1. 개요
안드로메다 은하와 우리 은하의 충돌은 약 50억 년 후 두 은하가 합병될 것으로 예측되는 현상이다. 안드로메다 은하는 우리 은하에 초당 약 110km의 속도로 접근하고 있으며, 은하 충돌은 흔한 현상이다. 충돌 과정에서 별들의 직접적인 충돌 가능성은 낮지만, 두 은하의 초대질량 블랙홀은 합병하여 중력파를 방출하고, 퀘이사나 활동 은하핵을 생성할 수 있다. 충돌 후에는 '밀코메다' 또는 '밀드로메다'라는 거대한 타원 은하가 형성될 것으로 예상되며, 국부 은하군의 나머지 은하들도 이 천체에 합쳐질 것이다.
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안드로메다 은하와 우리 은하의 충돌 | |
---|---|
예측 | |
![]() | |
예상 시기 | 약 45억 년 후 |
관련 은하 | 우리 은하 안드로메다 은하 |
결과 | 밀코메다 (Milkomeda) 은하 형성 예상 |
설명 | 두 은하의 충돌 및 합병으로 새로운 은하가 형성될 것으로 예측됨 |
개요 | |
사건 | 우리 은하와 안드로메다 은하의 충돌 및 합병 사건 |
현재 상태 | 두 은하가 서로를 향해 접근 중 |
중력 상호작용 | 두 은하 사이의 중력 상호작용이 점점 강해지고 있음 |
미래 예측 | |
태양계의 운명 | 태양계는 새로운 은하의 다른 지역으로 튕겨져 나갈 가능성이 높음 |
행성 충돌 가능성 | 행성 간의 직접적인 충돌 가능성은 매우 낮음 |
별 형성 활동 | 충돌로 인해 새로운 별들의 형성이 활발해질 것으로 예상됨 |
과학적 연구 | |
관측 데이터 | 허블 우주 망원경 등을 통해 두 은하의 움직임과 궤도를 정밀하게 측정 |
시뮬레이션 | 슈퍼컴퓨터를 이용한 시뮬레이션을 통해 충돌 과정과 결과를 예측 |
기타 정보 | |
명칭 | 밀코메다 (Milkomeda): 충돌 후 형성될 것으로 예상되는 새로운 은하의 이름 밀크드로메다 (Milkdromeda): 또 다른 이름 |
참고 | 두 은하의 충돌은 우주의 진화 과정에서 흔하게 일어나는 현상임 |
2. 충돌 가능성 및 역학
안드로메다 은하는 청색편이를 통해 관측했을 때 110km/s의 속도로 우리 은하에 접근하고 있다.[2][8] 2012년 이전에는 횡방향 속도를 정확하게 측정하기 어려워 충돌 여부가 불확실했다.[11] 그러나 2002년부터 2010년까지 허블 우주 망원경을 이용해 안드로메다 은하 내 별들의 위치를 측정하고, 수천 개 별들의 평균 고유 운동을 계산하여 횡방향 속도를 알아냈다. 그 결과, 안드로메다 은하는 결국 우리 은하와 합병될 것으로 예측된다.[1][9][2]
은하의 긴 수명을 고려하면 이러한 충돌은 비교적 흔한 현상이다. 안드로메다 은하는 과거에 적어도 하나의 다른 은하와 충돌한 것으로 추정되며,[10] 궁수자리 왜소 타원 은하 등 여러 왜소 은하들이 현재 우리 은하와 충돌하며 합병되고 있다.
2. 1. 우리 은하와 안드로메다 은하의 상호작용
안드로메다 은하는 110km/s의 속도로 우리 은하에 접근하고 있으며, 이는 청색편이를 통해 알 수 있다.[2][8] 그러나 횡방향 속도는 측정하기 매우 어려워 2012년까지 충돌 여부가 확실하지 않았다.[11] 2002년부터 2010년까지 허블 우주 망원경을 사용하여 안드로메다 은하의 별 위치를 측정, 분석한 결과 안드로메다 은하가 우리 은하와 결국 합병될 것이라는 결론을 내렸다.[1][9][2]은하의 긴 수명을 고려할 때 이러한 충돌은 비교적 흔하다. 안드로메다는 과거에 적어도 하나의 다른 은하와 충돌한 적이 있으며,[10] 궁수자리 왜소 타원 은하와 같은 여러 왜소 은하들은 현재 우리 은하와 충돌하며 합병되고 있다.
연구에 따르면 국부 은하군에서 세 번째로 크고 밝은 삼각형자리 은하(M33)도 충돌에 참여할 가능성이 있다. 가장 가능성 있는 시나리오는 삼각형자리 은하가 우리 은하와 안드로메다 은하의 합병 잔해를 공전하다가 먼 미래에 합병되는 것이다. 하지만 안드로메다 은하와 충돌하기 전에 우리 은하와 먼저 충돌하거나, 국부 은하군에서 튕겨 나갈 가능성도 배제할 수 없다.[11]
2. 2. 삼각형자리 은하의 역할
이 연구는 또한 국부 은하군에서 세 번째로 크고 세 번째로 밝은 은하인 삼각형자리 은하(M33)도 이 충돌 사건에 참여할 것이라고 시사한다. 삼각형자리 은하의 가장 가능성 있는 운명은 우리 은하와 안드로메다 은하의 합병 잔해를 공전하다가 훨씬 더 먼 미래에 결국 그것과 합병되는 것이다. 그러나 안드로메다 은하와 충돌하기 전에 우리 은하와 충돌하거나 국부 은하군에서 탈출할 가능성도 배제할 수 없다.[11]3. 별들의 충돌 가능성
안드로메다 은하와 우리 은하가 충돌할 때, 두 은하에 속한 별들이 직접 충돌할 가능성은 매우 낮다. 안드로메다 은하는 약 1조 개의 별을, 우리 은하는 약 3천억 개의 별을 가지고 있지만, 별들 사이의 거리가 워낙 멀기 때문이다.[6][27]
예를 들어, 태양에서 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리는 태양 지름의 약 3천만 배(4×1013km)나 떨어져 있다. 이를 비유하자면, 태양이 도쿄 타워에 있는 탁구공이라면, 프록시마 센타우리는 구시로에 있는 완두콩 정도이고, 우리 은하는 화성까지 거리의 약 3분의 1인 1.9×107km 크기가 된다.
별들은 은하 중심부에 더 많이 모여 있지만, 평균 거리는 여전히 1.6조km나 된다. 이는 3.2km마다 탁구공 하나가 있는 정도의 밀도이므로, 별들끼리 충돌하는 일은 거의 일어나지 않는다.[27]
3. 1. 항성 간 충돌 확률
안드로메다 은하는 약 1조(1012) 개의 별을 포함하고, 우리 은하는 약 3천억(3×1011) 개의 별을 포함하고 있지만, 별들 간의 엄청난 거리 때문에 두 개의 별이 충돌할 가능성은 거의 없다.[6] 예를 들어, 태양 다음으로 지구에서 가장 가까운 별인 프록시마 센타우리는 약 4.2ly 또는 태양 지름의 3천만(3×107) 배만큼 떨어져 있다.
이 규모를 시각화하기 위해, 태양이 탁구공이라면, 프록시마 센타우리는 약 1100km 떨어진 완두콩만 할 것이고, 우리 은하는 약 30e6km 너비일 것이다. 별들이 각 은하의 중심 근처에 더 흔하지만, 별들 사이의 평균 거리는 여전히 1.6조km이다. 이것은 약 3.2km마다 탁구공 하나가 있는 것과 같다. 따라서, 병합하는 은하에서 어떤 두 별이 충돌할 가능성은 극히 낮다.[6]
4. 초대질량 블랙홀의 합병
우리 은하와 안드로메다 은하는 각각 중심부에 초대질량 블랙홀(SMBH)을 가지고 있다. 우리 은하의 블랙홀은 궁수자리 A*(약 )이며, 안드로메다 은하의 블랙홀은 핵의 P2 집중 영역 내 천체(약 )이다. 이 블랙홀들은 새로 형성될 은하 중심 부근에서 수백만 년에 걸쳐 수렴할 것이다. 합쳐진 블랙홀에 흡수된 가스는 1억 개의 초신성 폭발에 맞먹는 에너지를 방출하는 밝은 퀘이사나 활동 은하핵을 만들 수 있다.[12][13] 2006년 시뮬레이션에 따르면, 태양은 결합된 은하 중심 부근으로 이동해 은하 밖으로 튕겨 나가기 전 블랙홀 중 하나에 가까이 접근하거나, 아예 블랙홀에 의해 찢어져 일부가 흡수될 가능성도 있다.[14][15]
4. 1. 역학적 마찰과 중력파 방출
우리 은하와 안드로메다 은하는 각각 중심부에 초대질량 블랙홀(SMBH)을 가지고 있다. 우리 은하의 초대질량 블랙홀은 궁수자리 A*(약 3600000태양 질량)이며, 안드로메다 은하의 초대질량 블랙홀은 안드로메다 은하 핵의 P2 집중 영역 내의 천체(1태양 질량)이다. 이 블랙홀들은 새로 형성된 은하의 중심 부근에서 수백만 년이 걸릴 수 있는 기간 동안 수렴하는데, 이는 역학적 마찰이라고 알려진 과정 때문이다. 초대질량 블랙홀이 주변의 훨씬 덜 질량이 큰 별들의 구름에 대해 상대적으로 움직이면서 중력적 상호작용이 일어난다. 이 상호작용으로 초대질량 블랙홀에서 별로 순수한 궤도 에너지가 전달되어 별들이 더 높은 반지름 궤도로 "튕겨져" 나간다. 이로 인해 초대질량 블랙홀은 은하 중심을 향해 "가라앉게" 된다. 초대질량 블랙홀이 서로 1광년 이내로 접근하면, 그들은 중력파를 강하게 방출하기 시작하여 완전히 합쳐질 때까지 추가 궤도 에너지를 방출할 것이다. 결합된 블랙홀에 흡수된 가스는 1억 개의 초신성 폭발만큼 많은 에너지를 방출하는 밝은 퀘이사 또는 활동 은하핵을 생성할 수 있다.[12][13] 2006년 현재, 시뮬레이션에 따르면 태양이 결합된 은하의 중심 부근으로 이동하여 은하 밖으로 완전히 튕겨져 나가기 전에 블랙홀 중 하나에 가까이 접근할 가능성이 있다.[14] 또는, 태양은 블랙홀 중 하나에 좀 더 가까이 접근하여 중력에 의해 찢어질 수 있다. 이때, 전 태양의 일부는 블랙홀로 끌려 들어갈 것이다.[15]4. 2. 퀘이사 및 활동 은하핵 형성
우리 은하와 안드로메다 은하는 각각 중심부에 초대질량 블랙홀(SMBH)을 가지고 있다. 우리 은하의 초대질량 블랙홀은 궁수자리 A*(약 )이며, 안드로메다 은하의 초대질량 블랙홀은 핵의 P2 집중 영역 내의 천체(약 에서 )이다. 이 블랙홀들은 새로 형성될 은하의 중심 부근에서 수백만 년에 걸쳐 수렴할 것인데, 이는 역학적 마찰이라는 과정 때문이다. 초대질량 블랙홀이 주변의 훨씬 덜 질량이 큰 별들의 구름에 대해 상대적으로 움직이면서 중력적 상호작용이 일어나, 별들이 더 높은 반지름 궤도로 "튕겨져" 나가고 초대질량 블랙홀은 은하 중심을 향해 "가라앉게" 된다.[12][13]초대질량 블랙홀이 서로 1광년 이내로 접근하면, 중력파를 강하게 방출하여 완전히 합쳐질 때까지 추가 궤도 에너지를 방출한다. 결합된 블랙홀에 흡수된 가스는 1억 개의 초신성 폭발만큼 많은 에너지를 방출하는 밝은 퀘이사 또는 활동 은하핵을 생성할 수 있다.[12][13] 2006년 시뮬레이션에 따르면 태양이 결합된 은하의 중심 부근으로 이동하여 은하 밖으로 완전히 튕겨져 나가기 전에 블랙홀 중 하나에 가까이 접근할 가능성이 있다.[14] 또는, 태양은 블랙홀 중 하나에 좀 더 가까이 접근하여 중력에 의해 찢어질 수 있다. 전 태양의 일부는 블랙홀로 끌려 들어갈 것이다.[15]
은하계와 안드로메다 은하의 충돌로 인해, 퀘이사가 형성될 것으로 생각된다. 퀘이사가 안드로메다 은하의 중심에 생기면 지구에서도 보이며, 1만 광년이나 떨어져 있음에도 불구하고 보름달 정도의 밝기가 될 것이다. 강착 원반은 볼 수 없으며, 대기의 변동 때문에 반짝이는 것처럼 보일 것이다. 그러나 퀘이사가 은하계의 중심에 생기면, 지구와 은하핵 사이의 먼지 때문에 볼 수 없다. 안드로메다 은하 중심에 있는 블랙홀은 은하계 중심에 있는 것보다 크기 때문에, 안드로메다 은하 중심에 생긴 퀘이사가 더 밝아질 것이다.[34][35][36][37]
두 개의 나선 은하가 충돌하면, 디스크에 포함된 수소가 압축되어, 안테나 은하에서 보이는 것과 같은 강력한 별 생성 영역이 형성된다. 은하계와 안드로메다 은하의 충돌의 경우, 어느 은하의 디스크에도 가스가 거의 남아 있지 않을 것으로 생각되며, 그 때문에 앞서 언급한 것과 같은 스타 버스트는 퀘이사를 형성할 수 있을 정도이지만, 비교적 약할 것으로 생각된다.[31]
5. 태양계의 운명
하버드-스미소니언 천체물리학 센터의 과학자들은 안드로메다 은하의 횡축 속도에 따라 두 은하의 충돌 시기가 결정된다고 말했다.[24] 태양은 점차 팽창하고 광도가 강해지면서, 미래 지구 표면 온도는 너무 높아져 액체 상태의 물이 존재할 수 없게 된다. 약 14억 년 후에는 지구 생명체가 완전히 사라질 것으로 예상되며, 두 은하가 충돌할 무렵에는 지구는 이미 생명체가 없는 행성이 되어 있을 것으로 보인다.[32][33]
5. 1. 태양계의 이동 가능성
하버드-스미소니언 천체물리학 센터의 과학자들은 2007년에 입수된 데이터를 바탕으로, 합쳐진 은하에서 태양계가 현재 거리보다 3배 더 멀리 은하 중심에서 벗어날 확률이 50%라고 예측했다.[3] 또한, 충돌 과정에서 태양계가 새로운 은하에서 튕겨져 나갈 확률은 12%라고 예측했다.[16][17] 이러한 ঘটনা는 태양계에 부정적인 영향을 미치지 않으며, 태양이나 행성 자체에 교란이 발생할 가능성은 낮을 것으로 예상된다.[16][17]행성 공학을 제외하면, 두 은하가 충돌할 때쯤 지구 표면은 액체 상태의 물이 존재하기에는 너무 뜨거워져 모든 육상 생명체가 사라질 것이다. 이는 점차 증가하는 태양의 광도 때문에 현재로부터 약 5억 년에서 15억 년 후에 발생할 것으로 추정된다. 충돌 시점에는 태양의 광도가 35~40% 상승하여, 행성에서 온실 효과가 발생할 가능성이 높다.[18][19]
5. 2. 태양계의 생존 가능성
하버드-스미소니언 천체물리학 센터의 과학자들은 2007년에 확보된 자료를 바탕으로, 태양계가 합쳐진 은하에서 현재 거리보다 3배 더 멀리 은하 중심에서 벗어날 확률이 50%, 충돌 과정에서 새로운 은하에서 튕겨져 나갈 확률이 12%라고 예측했다.[3][16][17] 이러한 현상은 태양계에 부정적인 영향을 미치지 않으며, 태양이나 행성 자체에 교란이 발생할 가능성은 낮을 것으로 보인다.[16][17]두 은하가 충돌할 때쯤이면 태양의 광도가 점차 증가하여 지구 표면은 액체 상태의 물이 존재하기에는 너무 뜨거워져 모든 육상 생명체가 사라질 것으로 예상된다. 이는 현재로부터 약 5억에서 15억 년 후에 발생할 것으로 추정되며, 충돌 시점에는 태양 광도가 35~40% 상승하여 행성에 온실 효과가 발생할 가능성이 높다.[18][19]
하버드-스미소니언 천체물리학 센터 과학자들은 두 은하의 충돌 시기는 안드로메다 은하의 횡축 속도에 달려 있다고 설명한다.[24] 현재 계산에 따르면, 태양계가 은하 핵으로부터 현재 위치보다 3배 정도 떨어진 위치로 이동할 확률은 50%이며,[24] 12%의 확률로 충돌 시점에 새로운 은하에서 튕겨져 나갈 것으로 예측된다.[30] 이 경우에도 태양계에 대한 교란은 발생하지 않을 것으로 예상된다.[30][31]
태양은 점차 팽창하고 광도 또한 강해지기 때문에, 미래에는 지구 표면 온도가 너무 높아져 액체 상태의 물이 존재할 수 없게 된다. 약 14억 년 후에는 지구 생명체가 완전히 사라질 것으로 예상되며, 두 은하가 충돌할 무렵에는 지구는 이미 생명체가 없는 행성이 되어 있을 것으로 보인다.[32][33]
6. 충돌 후 예상되는 현상
안드로메다 은하와 우리 은하의 충돌은 두 나선 은하의 디스크 내 수소 압축을 유발하여 안테나 은하처럼 별 형성을 촉진한다. 그러나 이 충돌 시에는 가스 부족으로 이 현상이 약할 수 있지만, 퀘이사 형성에는 충분할 수 있다.[17] 퀘이사는 안드로메다 은하 중심에서 발생 시 지구에서 보름달 밝기로 관측 가능하나, 우리 은하 중심에서 발생 시 먼지로 인해 관측이 어렵다. 안드로메다 은하의 블랙홀이 더 커서, 여기서 생성된 퀘이사가 더 밝을 것이다.[34][35][36][37]
6. 1. 별 생성 촉진
두 개의 나선 은하가 충돌하면 디스크에 존재하는 수소가 압축되어 별 폭발 은하와 같은 강한 별 형성이 발생하며, 이는 안테나 은하와 같이 상호 작용하는 시스템에서 볼 수 있다. 안드로메다-우리 은하 충돌의 경우, 두 은하의 디스크에 남아있는 가스가 거의 없을 것으로 예상되므로, 언급된 별 폭발은 비교적 약할 것이지만, 여전히 퀘이사를 형성하기에 충분할 수 있다.[17]은하계와 안드로메다 은하의 충돌로 인해, 퀘이사가 형성될 것으로 생각된다. 퀘이사가 안드로메다 은하의 중심에 생기면 지구에서도 보이며, 1만 광년이나 떨어져 있음에도 불구하고 보름달 정도의 밝기가 될 것이다. 강착 원반은 볼 수 없으며, 대기의 변동 때문에 반짝이는 것처럼 보일 것이다. 그러나 퀘이사가 은하계의 중심에 생기면, 지구와 은하핵 사이의 먼지 때문에 볼 수 없다. 안드로메다 은하 중심에 있는 블랙홀은 은하계 중심에 있는 것보다 크기 때문에, 안드로메다 은하 중심에 생긴 퀘이사가 더 밝아질 것이다.[34][35][36][37]
6. 2. 퀘이사 형성 가능성
두 개의 나선 은하가 충돌하면 디스크에 존재하는 수소가 압축되어 별 폭발 은하와 같은 강한 별 형성이 발생하며, 이는 안테나 은하와 같은 상호 작용하는 시스템에서 볼 수 있다. 안드로메다 은하와 우리 은하의 충돌의 경우, 두 은하의 디스크에 남아있는 가스가 거의 없을 것으로 예상되므로, 언급된 별 폭발은 비교적 약할 것이지만, 여전히 퀘이사를 형성하기에 충분할 수 있다.[17][31]안드로메다 은하와 우리 은하의 충돌로 인해, 퀘이사가 형성될 것으로 생각된다. 퀘이사가 안드로메다 은하의 중심에 생기면 지구에서도 보이며, 1만 광년이나 떨어져 있음에도 불구하고 보름달 정도의 밝기가 될 것이다. 강착 원반은 볼 수 없으며, 대기의 변동 때문에, 반짝이는 것처럼 보일 것이다. 그러나 퀘이사가 우리 은하의 중심에 생기면, 지구와 은하핵 사이의 먼지 때문에 볼 수 없다. 안드로메다 은하 중심에 있는 블랙홀은 우리 은하 중심에 있는 것보다 크기 때문에, 안드로메다 은하 중심에 생긴 퀘이사가 더 밝아질 것이다.[34][35][36][37]
7. 합병 잔해
충돌로 생성된 은하는 거대한 타원 은하처럼 보이지만, 현재의 타원 은하보다 중심부의 별 밀도가 작을 것으로 예상된다.[31] 먼 미래에는 국부 은하군 내에 남은 은하들이 이 은하에 융합하여 우리 은하군의 최종적인 진화 형태가 될 것으로 보인다.[38]
7. 1. 밀코메다/밀드로메다
충돌로 생성된 은하는 '밀코메다' 또는 '밀드로메다'로 명명되었다.[20] 시뮬레이션에 따르면, 이 천체는 거대한 타원 은하가 될 것으로 예상되지만, 현재의 타원 은하보다 중심부의 별 밀도가 낮을 것이다.[17] 그러나, 남아있는 우리 은하와 안드로메다 은하의 가스 양에 따라, 결과물은 거대한 렌즈상 은하 또는 초나선 은하가 될 수도 있다.[21][22]향후 1,500억 년 동안, 국부 은하군의 나머지 은하들은 이 천체로 합쳐져, 그 진화를 사실상 완료하게 될 것이다.[23]
7. 2. 국부 은하군의 최종 진화
충돌로 생성된 은하는 '밀코메다' 또는 '밀드로메다'로 명명되었다.[20] 시뮬레이션에 따르면, 이 천체는 거대한 타원 은하가 될 것으로 예상되지만, 현재의 타원 은하보다 중심부의 별 밀도가 낮을 것이다.[17] 그러나, 남아있는 우리 은하와 안드로메다 은하의 가스 양에 따라, 결과물은 거대한 렌즈상 은하 또는 초나선 은하가 될 수도 있다.[21][22]향후 1,500억 년 동안, 국부 은하군의 나머지 은하들은 이 천체로 합쳐져, 그 진화를 사실상 완료하게 될 것이다.[23]
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웹사이트
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웹사이트
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2007-05-16
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논문
The Collision Between The Milky Way And Andromeda
2007
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논문
Distant future of the Sun and Earth revisited
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뉴스
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http://news.bbc.co.u[...]
BBC News
2007-03-31
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기타
Alex Filippenko (University of California, Berkeley) on The Universe Season 4 Episode 10.
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논문
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1997-04
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웹인용
우리 은하가 안드로메다은하와 충돌할 경우, 태양에는 어떤 일이 생길까?('When Our Galaxy Smashes Into Andromeda, What Happens to the Sun?')
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저널
The Collision Between The Milky Way And Andromeda
http://cfa-www.harva[...]
2008-04-02
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저널
Colliding molecular clouds in head-on galaxy collisions
http://www.aanda.org[...]
2008-04-02
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저널
Time Without End: Physics and Biology in an open universe
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1979-07
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