파이썬을 이용하여 전파 은하 Centaurus A 분석하기

<전파은하 Centaurus A>

<교과서에서도 다루는 특이은하 중 하나인 전파은하는, 전파로 관측하면 매우 강한 활동성이 나타나는 대상입니다. 특히 centaurus A라는 전파은하는 대중적으로 잘 알려진 전파은하로, 그냥 가시광선에서 관측하면 가운데 티끌에 의해 후방 은하 별빛이 가려지는 것 말고는 평범한 타원은하처럼 보입니다. 하지만 전파나, x선 같은걸로 관측하면 강한 제트가 분출되는것이 확인되며, 심지어 로브(lobe)라고도 불리는 전파제트의 양 끝단의 밝기는 중심보다도 밝아 과학자들을 놀라게 하기도 하였습니다. 이거에 대한 자세한 이야기는 전파은하에 대한 포스팅에서 다루고, 오늘은 허셜 우주망원경이 관측한 성간티끌 연속선 자료(dust continuum map)를 이용해 이 은하의 관측 자료를 분석해 보겠습니다.

 

fits 파일 다운로드 과정은 지난 포스팅을 참고해 주세요.

허셜 우주망원경 관측데이터 다운로드하기

ESA Herschel Science Archive에서 Cen A라고 검색하여 나오는 데이터 중 가장 위의 것을 다운로드하면 됩니다.

지난번에 예시로 사용하였던 말머리 성운의 경우 250um, 350um, 500um에서 구조적 차이가 거의 나지 않지만, 이 아이는 조금 다릅니다.

 

우선 전체 코드를 보겠습니다.

import matplotlib.pyplot as plt
from astropy.wcs import WCS  ##wcs-> world coordinate system
from astropy.io import fits
from astropy.utils.data import get_pkg_data_filename
import numpy as np

filename = get_pkg_data_filename('C:\\111\\cenA\\cenA_250.fits')
hdu = fits.open(filename)[1]
wcs = WCS(hdu.header)
fig = plt.figure(figsize=(18, 12))
plt.subplot(projection=wcs)
plt.grid(color='white', ls='dotted')
bar=plt.imshow(hdu.data,  origin='lower', cmap=plt.cm.gist_heat, vmin=0, vmax=1000)
plt.colorbar(bar, label='Herschel 250$\mu$m (MJy/sr)')
plt.xlabel('RA')
plt.ylabel('Dec')
plt.title('Centaurus A dust continuum map(250'r'$\mu$m)', size=15)
plt.savefig('C:\\111\\cenA_250.png', 
        bbox_inches='tight', pad_inches=0.1, dpi=300)
plt.show()

코드에 대한 자세한 설명은 지난 포스팅을 참고하세요

** IC 434 FITS 파일 분석 코드

파이썬을 이용하여 허셜 우주망원경의 적외선 관측 데이터 분석하기

지난번에 다룬 코드에서 

filename = get_pkg_data_filename('C:\\111\\cenA\\cenA_250.fits')

이 부분의 파일이름이나 폴더 주소만 바꾸고,

bar=plt.imshow(hdu.data,  origin='lower', cmap=plt.cm.gist_heat, vmin=0, vmax=1000)

컬러맵을 그리는 이 과정에서 vmin이나 vmax 값만 바꾸어 주면 간단히 그릴 수 있습니다. 그린 완성본을 보겠습니다.

<허셜 우주망원경이 250um에서 관측한 결과>

가시광선에서 관측한 자료와 비교해보면, 둥글둥글한 타원은 전혀 관측되지 않으며, 은하 중심의 티끌이 방출하는 250um의 근적외선만 겨우 보입니다. vmin=0은 그대로 두고, vmax 값을 아무리 낮추어도 중앙의 은하는 보이지 않습니다.

 

이번에는 cen A 자료를 다운 받았을 때 있는 폴더 extdPMW, 그러니까 350um의 데이터를 보겠습니다. 

<허셜 우주망원경이 350um에서 관측한 결과>

bar=plt.imshow(hdu.data,  origin='lower', cmap=plt.cm.gist_heat, vmin=0, vmax=1000) 라는 코드에서

vmin 값은 그대로 0으로 두고, vmax 값만 100으로 낮추었습니다. 파장대별로 flux가 다르기 때문에 약간의 수정은 해야합니다. 100으로 낮추었음에도, 중앙의 먼지가 방출하는 밝은 적외선 이외에 크게 다른게 없습니다. 하지만 500um에서는 상황이 다릅니다.

<허셜 우주망원경이 500um에서 관측한 결과>

마찬가지로 bar=plt.imshow(hdu.data,  origin='lower', cmap=plt.cm.gist_heat, vmin=0, vmax=1000) 의 코드에서 vmax값만 10으로 확 낮춰보면, 신기하게 중앙에서 뭔가 튀어나가는것이 보입니다.

 

뭔지 대충 예측은 가실겁니다. 제트입니다. 전파제트에서 강한 활동성을 보이는 이 은하는, 근적외선 중 500um으로 관측한 값에서도 약하지만 제트가 보입니다. 제트의 존재가 육안으로만 보이는게 아니라, 구조적으로 맞다는것을 확인하기 위해 contour line을 그려보겠습니다. contour line을 포함한 전체 코드는

import matplotlib.pyplot as plt
from astropy.wcs import WCS  ##wcs-> world coordinate system
from astropy.io import fits
from astropy.utils.data import get_pkg_data_filename
import numpy as np
filename = get_pkg_data_filename('C:\\111\\cenA\\cenA_500.fits')
hdu = fits.open(filename)[1]
wcs = WCS(hdu.header)
fig = plt.figure(figsize=(18, 12))
plt.subplot(projection=wcs)
plt.grid(color='white', ls='dotted')
bar=plt.imshow(hdu.data,  origin='lower', cmap=plt.cm.gist_heat, vmin=0, vmax=10)
plt.colorbar(bar, label='Herschel 500$\mu$m (MJy/sr)')
levelinter=np.linspace(0,30,9)
plt.contour(hdu.data, linewidths=1.5, colors='cyan', linestyles="--", levels=levelinter)
plt.xlabel('RA')
plt.ylabel('Dec')
plt.title('Centaurus A dust continuum map(500'r'$\mu$m)', size=15)
plt.savefig('C:\\111\\cenA500.png', 
        bbox_inches='tight', pad_inches=0.1, dpi=300)
plt.show()

여기서 contour line을 그리기 위해 아래 코드만 추가하였습니다.

levelinter=np.linspace(0,30,9)
plt.contour(hdu.data, linewidths=1.5, colors='cyan', linestyles="--", levels=levelinter)

contour line을 그린 최종 그림은

<허셜 우주망원경이 250um에서 관측한 결과. coutour line을 함께 그렸습니다>

contour line까지 그려놓으니까 이제 좀 더 정량적으로 양 방향으로 분출되는 제트가 보입니다.

<여러가지 파장에서 관측한 Centaurus A 은하>

물론 사실 전파 관측 데이터나 x선 데이터로 보면 좀 더 정확하게 구조를 볼 수 있습니다. 위 그림처럼요. 다만, 요 아이들을 저장해 둔 Archive가 어디인지 몰라 해 보지 않은것 뿐. 추후 찾아볼 기회가 있다면 찾아 보겠습니다만, 우선 이정도로만 해 두겠습니다.

 M87이라는 은하도 이런 재미있는 현상을 직접 데이터를 분석함으로써 확인할 수 있습니다. 요 내용은 다음 파이썬 포스팅에서 다루도록 하겠습니다.