M81 은하군 구상성단의 분광학적 연구

Abstract

M81 은하군은 가장 가까운 은하군으로서, 은하의 형성과 진화연구에 매우 유용하다. 이 은하군에서 가장 큰 은하인 M81은 우리 은하와 형태가 비슷하기 때문에 우리 은하의 쌍둥이 은하로 불린다. 또한 이 은하군에는 별폭죽 은하로 잘 알려진 M82와 특이한 불규칙 은하인 NGC 3077이 속한다. 이 세 은하는 겉보기에는 독립적인 것처럼 보인다. 그러나 HI 가스 관측과 적색거성의 분포 지도에서 은하 사이를 연결하는 거대구조가 확인된 바, 이는 이 은하들 사이에 활발한 상호작용이 있었다는 것을 보여준다. 이처럼 이 은하군의 주요 은하에 대하여 구상성단 연구가 발표된 바 있으나 은하군의 일부 지역에만 한정되어 있다. 본 연구에서는 M81 은하군의 넓은 영역에 있는 구상성단에 대한 분광관측 연구를 수행했다. 분광 관측에는 MMT/Hectospec을 사용했다. 그 결과 M81 은하군에서 113개의 새로운 구상성단을 발견했으며, 이 구상성단들은 위치에 따라 M81, M82, NGC 3077, 그리고 은하간 구상성단으로 분류했다. M81 구상성단은 원반에서는 강한 회전을 보여준다. 그러나 $\sim 12$ kpc보다 먼 지역에서는 회전이 거의 나타나지 않으므로 이들은 헤일로 구성원이라고 할 수 있다. M8 헤일로 구상성단의 평균 중원소 함량은 원반의 구상성단에 비해 $\Delta[Fe/H]_{\chi^2} \simeq 0.45$ 정도 더 낮았다. 중원소 함량의 분포에서는 이중 분포가 나타나지 않았다. M82의 구상성단은 기존에 알려진 젊은 성단보다 주로 바깥쪽에 위치하며 회전을 거의 보여주지 않는다. 이들의 평균 중원소 함량은 M81과 비슷했다. NGC 3077의 구상성단은 평균 중원소 함량은 M81과 M82에 비해 $\Delta[Fe/H]_{\chi^2} \simeq 0.35$ 정도 낮다. 이는 은하간 구상성단의 평균 중원소 함량과 비슷하다. 또한 M81 은하군의 구상성단은 대부분 나이가 9 Gyr 이상이다. 은하 중심으로부터 거리에 대한 구상성단 중원소 함량의 변화를 M81, 우리은하, 그리고 M31에 대해 분석하였다. 이로부터 M81 중심부에 있는 구상성단들은 이 은하에서 형성되었으며, 원반과 헤일로에 있는 구상성단은 다수가 외부로부터 유입되었을 것으로 추정하였다. 또한 M81의 헤일로 구상성단과 은하간 구상성단 중에는 중원소 함량이 높은 구상성단이 NGC 3077 근처에 다수 분포해 있다. 이로 미루어보아 NGC 3077이 은하군의 형성과 진화 과정에 중요한 역할을 했을 것이라고 추측한다.