목차
1. 변광성과 폭발성
2. 은하회전과 항성운동
3. 우리은하의 진화
2. 은하회전과 항성운동
3. 우리은하의 진화
본문내용
별들이 많으며, OB형별의 변광성의 단계는 종족 세페이드 단계를 거친다. 태양의 경우는 늙은 종족 에 속하는 별이다. 종족 의 고속도 별들은 늙은 것들이 많으며, 진화하면 장주기 변광성의 단계를 거친다. 마지막으로 헤일로 종족 의 별들(혹은 의 별들은 초고속도별로써 우리 시선에서 굉장히 빠르게 움직이는 것처럼 보인다. 변광단계에서 종족 세페이드 단계 혹은 거문고자리RR형별의 단계를 거친다. 극단 종족 의 별들의 금속함량은 굉장히 낮은 반면, 종족 의 별들의 금속함량은 굉장히 높다. 그 이유는 은하 초기에 큰 질량의 별들이 탄생하여 죽고 준설과정을 통하여 중금속들을 은하 중심으로 뱉어냈기 때문이다.
우리은하의 나선팔
보통 우리은하의 나선팔의 구조를 추적하는데 있어서 중성수소선과 일산화탄소선의 스펙트럼을 통해서 추적한다. 보통 나선팔에는 중성수소로 이루어진 먼지들이 많기 때문에 이들을 추적하는데 위와 같은 선이 필수적이다. 좋은 나선추적체로는 밝은 별들이 많이 분포하는 젊은 산개성단, OB성협, 영역 등이다. 이들을 조사함으로써 나선팔의 위치와 구조를 알 수 있다.
은하 원반에는 태양과 같이 금속이 풍부한 늙은 종족 이 분포한다. 보통 늙은 종족 은 나선팔에 국한되어 있지 않고 은하면 가까이 위치하며, 불균일하게 분포하며, 늙은 산개성단에 분포한다. 반면, 은하 헤일로는 은하 원반과 나선팔을 둘러싸며 멀리 퍼져 있으며, 여기에는 늙고 금속함량이 낮은 별이 존재한다.
헤일로와 암흑물질
헤일로의 암흑물질은 관측되지는 않지만, 존재하는 것으로 생각된다. 헤일로의 암흑물질의 존재는 은하의 회전곡선을 통해서 추측할 수 있다.
[그림 16]은 은하들의 속도곡선을 나타낸 것으로 만약 은하 외곽에 암흑물질이 존재하지 않는다면, 속도곡선은 은하 중심으로 갈수록 감소하여야 한다. 하지만, 은하 중심에서 멀어질수록 속도곡선은 편평하다. 이는 암흑물질의 존재를 암시한다.
※ 무거운 헤일로 밀집천체들
(Massive Compact Halo Objects ; MACHO)
우리는 암흑물질의 존재를 멀리 떨어진 별의 엄폐현상을 통해서 관측할 수 있다. MACHO하나가 지구로부터 먼 별을 시선방향을 가로질러 통과할 경우, 중력렌즈 효과에 그 별의 밝기가 변하게 된다. 이는 암흑물질의 존재를 증명해준다.
헤일로의 거리와 밀도의 관계
[그림 16]의 속도곡선을 보면, 헤일로 지역은 속도곡선이 편평하다. 즉, 이 말은 헤일로의 모든 구각(Shell)의 질량이 동일하다는 것을 뜻한다. 헤일로 지역의 속도곡선이 편평하다는 것은 은하 외각지역의 헤일로 부근에서도 상당량의 질량이 존재하고 있다는 것을 함축한다. 즉, 이라는 것이다. 이러한 사실을 통해서 헤일로의 밀도와 반지름의 관계를 추측할 수 있다.
은하핵
은하핵은 우리 은하 내에서 가장 밀도가 높은 지역으로 중심핵 근처는 빠른 회전운동을 한다. 여기서 빠르게 회전하는 기체를 붙잡아 두기 위해서는 중앙부의 엄청난 질량이 필요하다. 중심부에는 초거대 블랙홀을 포함한 빽빽하게 분포하는 별들로 엄청난 밀도의 성단들과 천체들이 존재한다고 생각된다.
나선팔과 밀도파
우리은하의 나선팔은 물질적 구조로 되어 있다면, 몇 번 회전할 경우, 감겨 버리기 때문에 나선팔의 구조를 유지할 수 없다. 대만의 물리학자 Frank Shu는 나선팔을 밀도파의 존재를 들어 설명하였다. 밀도파는 중력불안정에서 비롯되며, 보통 은하내 물질인 가스나 먼지보다 느리게 회전한다. 은하 원반의 기체가 밀도파의 고밀도 지역을 지나가게 되면, 압축되고 이로부터 밀도파의 전면을 따라 충격파가 형성된다. 여기서 기체운이 응축되고 거대 분자운의 복합체가 형성된다. 이렇게 거대 분자운이 형성된 지역은 별 탄생 지역이다. 하지만, 이러한 밀도파 이론은 밀도파의 기원과 유지를 설명하지 못한다는 단점이 있다.
우리은하의 역사
빅뱅이 일어난 이후, 온도요동에 의해서 은하들과 은하단이 형성되었다. 중력적인 집적이 있는 곳에서 물질들이 뭉치게 됨으로써 은하의 본체가 형성되고 물질들 주변의 개별 구름 곳곳에서 개별적인 중력집적이 일어나 구성성단이 되었다. 은하 내에서는 구름이 수축하면서 원반이 형성되어 별 탄생이 촉진되게 되었고 기체와 티끌이 얇은 원반에 정착되었다. 137억 년이 흐르는 동안 수많은 별들이 탄생하고 소멸하였다. 이 과정에서 준설과정을 통해 배출된 중원소가 은하핵의 중력에 의해 은하의 중심부로 향하게 되었고 이는 종족 의 별들이 높은 금속함량을 가지고 있다는 것을 설명해 주고 있다.
우주선
우주선은 고에너지 하전입자로 우주선은 고에너지의 원자핵, 양성자, 전자 등이다. 거의 속도는 빛의 속도와 맞먹으며, 엄청난 운동에너지를 가지고 있다. 우주선 개수의 절대적인 다수를 차지하는 것은 양성자이며, 헬륨(9%) 이외에 다수의 무거운 원소도 포함되어 있다. 우주선은 1차 우주선과 2차 우주선으로 나뉘는데 1차 우주선은 태초에 발생된 우주선이며 2차 우주선은 우리에게 도달하는 우주선으로 보면 된다. 1차 우주선은 무수한 우주 공간을 진행하다가 성간물질과 충돌로 인하여 충돌되어 무거운 물질은 가벼운 물질로 파쇄 된다. 우주선이 오는 방향은 등방하다. 이는 우주선의 광원이 무작위로 분포하는 것이 아니라 은하자기장이 우주선의 진로를 휘게 하여 나타나는 것이다. 즉, 고에너지 입자인 우주선은 은하의 자기력선을 따라 나선운동을 하게 되며, 이것들이 지구에 도달할 때 우주의 모든 방향에서 등방하게 오는 것처럼 보이는 것일 뿐이다.
우주선의 근원은 초신성 혹은 중성자별에 의한 것일 수도 있으며, 우리은하 밖에 존재하는 활동은하핵에서 나온 물질일 수도 있다. 우주선은 강한 자기장을 지닌 물체 주위에서 방출되는 복사인 싱크로트론 복사에 의해서 거의 빛의 속도로 우리에게 도달하게 된 것이다.
우리은하 자기장 모형
우리은하에도 자기장이 존재한다. 우주선은 자기력선 둘레를 나선을 그리면서 운동하며, 자기장이 수렴하는 곳에서는 고에너지 지역으로 입자가 가속된다. 은하자기장은 나선팔을 따라 뻗어나간다. 우리에게 도달하는 우주선은 은하의 자기장에 의해서 일정방향으로 배열되어 관측자에게 도달하기 때문에 등방하게 보인다.
우리은하의 나선팔
보통 우리은하의 나선팔의 구조를 추적하는데 있어서 중성수소선과 일산화탄소선의 스펙트럼을 통해서 추적한다. 보통 나선팔에는 중성수소로 이루어진 먼지들이 많기 때문에 이들을 추적하는데 위와 같은 선이 필수적이다. 좋은 나선추적체로는 밝은 별들이 많이 분포하는 젊은 산개성단, OB성협, 영역 등이다. 이들을 조사함으로써 나선팔의 위치와 구조를 알 수 있다.
은하 원반에는 태양과 같이 금속이 풍부한 늙은 종족 이 분포한다. 보통 늙은 종족 은 나선팔에 국한되어 있지 않고 은하면 가까이 위치하며, 불균일하게 분포하며, 늙은 산개성단에 분포한다. 반면, 은하 헤일로는 은하 원반과 나선팔을 둘러싸며 멀리 퍼져 있으며, 여기에는 늙고 금속함량이 낮은 별이 존재한다.
헤일로와 암흑물질
헤일로의 암흑물질은 관측되지는 않지만, 존재하는 것으로 생각된다. 헤일로의 암흑물질의 존재는 은하의 회전곡선을 통해서 추측할 수 있다.
[그림 16]은 은하들의 속도곡선을 나타낸 것으로 만약 은하 외곽에 암흑물질이 존재하지 않는다면, 속도곡선은 은하 중심으로 갈수록 감소하여야 한다. 하지만, 은하 중심에서 멀어질수록 속도곡선은 편평하다. 이는 암흑물질의 존재를 암시한다.
※ 무거운 헤일로 밀집천체들
(Massive Compact Halo Objects ; MACHO)
우리는 암흑물질의 존재를 멀리 떨어진 별의 엄폐현상을 통해서 관측할 수 있다. MACHO하나가 지구로부터 먼 별을 시선방향을 가로질러 통과할 경우, 중력렌즈 효과에 그 별의 밝기가 변하게 된다. 이는 암흑물질의 존재를 증명해준다.
헤일로의 거리와 밀도의 관계
[그림 16]의 속도곡선을 보면, 헤일로 지역은 속도곡선이 편평하다. 즉, 이 말은 헤일로의 모든 구각(Shell)의 질량이 동일하다는 것을 뜻한다. 헤일로 지역의 속도곡선이 편평하다는 것은 은하 외각지역의 헤일로 부근에서도 상당량의 질량이 존재하고 있다는 것을 함축한다. 즉, 이라는 것이다. 이러한 사실을 통해서 헤일로의 밀도와 반지름의 관계를 추측할 수 있다.
은하핵
은하핵은 우리 은하 내에서 가장 밀도가 높은 지역으로 중심핵 근처는 빠른 회전운동을 한다. 여기서 빠르게 회전하는 기체를 붙잡아 두기 위해서는 중앙부의 엄청난 질량이 필요하다. 중심부에는 초거대 블랙홀을 포함한 빽빽하게 분포하는 별들로 엄청난 밀도의 성단들과 천체들이 존재한다고 생각된다.
나선팔과 밀도파
우리은하의 나선팔은 물질적 구조로 되어 있다면, 몇 번 회전할 경우, 감겨 버리기 때문에 나선팔의 구조를 유지할 수 없다. 대만의 물리학자 Frank Shu는 나선팔을 밀도파의 존재를 들어 설명하였다. 밀도파는 중력불안정에서 비롯되며, 보통 은하내 물질인 가스나 먼지보다 느리게 회전한다. 은하 원반의 기체가 밀도파의 고밀도 지역을 지나가게 되면, 압축되고 이로부터 밀도파의 전면을 따라 충격파가 형성된다. 여기서 기체운이 응축되고 거대 분자운의 복합체가 형성된다. 이렇게 거대 분자운이 형성된 지역은 별 탄생 지역이다. 하지만, 이러한 밀도파 이론은 밀도파의 기원과 유지를 설명하지 못한다는 단점이 있다.
우리은하의 역사
빅뱅이 일어난 이후, 온도요동에 의해서 은하들과 은하단이 형성되었다. 중력적인 집적이 있는 곳에서 물질들이 뭉치게 됨으로써 은하의 본체가 형성되고 물질들 주변의 개별 구름 곳곳에서 개별적인 중력집적이 일어나 구성성단이 되었다. 은하 내에서는 구름이 수축하면서 원반이 형성되어 별 탄생이 촉진되게 되었고 기체와 티끌이 얇은 원반에 정착되었다. 137억 년이 흐르는 동안 수많은 별들이 탄생하고 소멸하였다. 이 과정에서 준설과정을 통해 배출된 중원소가 은하핵의 중력에 의해 은하의 중심부로 향하게 되었고 이는 종족 의 별들이 높은 금속함량을 가지고 있다는 것을 설명해 주고 있다.
우주선
우주선은 고에너지 하전입자로 우주선은 고에너지의 원자핵, 양성자, 전자 등이다. 거의 속도는 빛의 속도와 맞먹으며, 엄청난 운동에너지를 가지고 있다. 우주선 개수의 절대적인 다수를 차지하는 것은 양성자이며, 헬륨(9%) 이외에 다수의 무거운 원소도 포함되어 있다. 우주선은 1차 우주선과 2차 우주선으로 나뉘는데 1차 우주선은 태초에 발생된 우주선이며 2차 우주선은 우리에게 도달하는 우주선으로 보면 된다. 1차 우주선은 무수한 우주 공간을 진행하다가 성간물질과 충돌로 인하여 충돌되어 무거운 물질은 가벼운 물질로 파쇄 된다. 우주선이 오는 방향은 등방하다. 이는 우주선의 광원이 무작위로 분포하는 것이 아니라 은하자기장이 우주선의 진로를 휘게 하여 나타나는 것이다. 즉, 고에너지 입자인 우주선은 은하의 자기력선을 따라 나선운동을 하게 되며, 이것들이 지구에 도달할 때 우주의 모든 방향에서 등방하게 오는 것처럼 보이는 것일 뿐이다.
우주선의 근원은 초신성 혹은 중성자별에 의한 것일 수도 있으며, 우리은하 밖에 존재하는 활동은하핵에서 나온 물질일 수도 있다. 우주선은 강한 자기장을 지닌 물체 주위에서 방출되는 복사인 싱크로트론 복사에 의해서 거의 빛의 속도로 우리에게 도달하게 된 것이다.
우리은하 자기장 모형
우리은하에도 자기장이 존재한다. 우주선은 자기력선 둘레를 나선을 그리면서 운동하며, 자기장이 수렴하는 곳에서는 고에너지 지역으로 입자가 가속된다. 은하자기장은 나선팔을 따라 뻗어나간다. 우리에게 도달하는 우주선은 은하의 자기장에 의해서 일정방향으로 배열되어 관측자에게 도달하기 때문에 등방하게 보인다.
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