Ny forskning afslører, hvordan galakser forbliver varme og generede

Det er relativt nemt for galakser at lave stjerner. Start ud med en masse tilfældige klatter af gas og støv. Typisk vil disse klatter være ret varme. For at gøre dem til stjerner, du skal køle dem af. Ved at dumpe al deres varme i form af stråling, de kan komprimere. Dump mere varme, komprimere mere. Gentag i en million år eller deromkring.

Til sidst krymper stykker af gasskyen og krymper, komprimerer sig selv til en stram lille knuder. Hvis tæthederne inde i disse knob bliver høje nok, de udløser nuklear fusion og voila:stjerner er født.

Når vi observerer massive galakser, vi ser enorme mængder røntgenstråling sprænge væk fra deres kerner. Denne stråling transporterer naturligt varme væk. Denne stråling køler naturligt galakserne ned, især i deres kerne. Så, gassen i kernen skal komprimere og krympe i volumen. Det omgivende materiale bør lægge mærke til det og falde ned bag det, tragter sig selv ind i kernen.

Og ikke bare en lille smule:så meget som tusinde solmasser om året burde kollapse ind i kernerne af de mest massive galakser, mens de afkøles, fedt nok, fedt nok.

Denne enorme køling og komprimering skulle, med alle rettigheder, udløse enorme mængder af stjernedannelse. Trods alt, du har præcis de rigtige betingelser:masser af ting kølet ned i små små lommer.

Så i disse galakser med masser af røntgenoutput, vi burde se tonsvis af nye stjerner dukke op.

Det gør vi ikke.

Det er et problem.

Varme og hyggelige galakser

Noget skal holde disse galakser varme på trods af det store varmetab fra deres røntgenstråling. Noget skal forhindre gassen i at komprimere hele vejen ned for at fremstille stjerner. Noget skal holde stjernelyset nede.

Som med de fleste mysterier inden for astronomi, der er forskellige ideer, alle med deres egne styrker og svagheder, og ingen af ​​dem er helt tilfredsstillende. De mange forskellige mekanismer, der bruges til at forklare denne gåde, inkluderer supernova-feedback, kraftige chokbølger blæst ud af massive stjerner, magnetiske felter går galt, og endda ændre selve galaksens form for at forhindre yderligere afkøling.

Måske er de nemmeste ting at bebrejde de supermassive sorte huller, der sidder i centrum af galakserne. Når gassen afkøles og strømmer indad, den trækker sig til det sorte hul. Tyngdekraftens massive sugende hvirvel føder sultent fra gassen, kører den længere ned. Men med al den gas, der komprimeres til så lille et volumen, det varmer, enormt.

Sommetider, hvis blandingen af ​​stærke magnetiske kræfter er den rigtige, gasstrømme kan rulle rundt i det sorte hul, næppe undgå glemslen under begivenhedshorisonten, vinde og hvirvle rundt, til sidst sprængning ud af regionen i form af en lang, tynd stråle.

Denne jet bærer en masse energi. Nok energi til at varme hele galaksens kerne op, forhindre yderligere afkøling.

Hvis det ikke er godt nok, den ekstreme stråling, der udsendes af den intense varme gas, når den bliver skubbet ned i spiserøret i det sorte hul, kan sprænge væk mod dets omgivelser, giver mere end nok varme til at standse – og endda vende – strømmene af kølig gas.

Måske.

Et råddent hjerteslag

Dette scenarie er bestemt tiltalende, fordi det er a) virkelig almindeligt og b) virkelig kraftfuldt. Ved første øjekast er det en perfekt clincher, men naturen, som sædvanligt, som en vane med at blive grim. Problemet er, at fodring af sorte huller er fantastisk komplicerede systemer, med alle mulige fysiske processer blandet sammen, hvilket gør dem svære at studere.

Og, ville du ikke vide det, når vi forsøger at simulere disse scenarier på en computer, at følge fysikken så godt vi kan og bedst forstår, vi har mange problemer med at få de rigtige mængder energi ind de rigtige steder. Nogle gange bliver galakserne bare ved med at køle af. Nogle gange sprænger de. Nogle gange svinger de frem og tilbage mellem opvarmning og afkøling for hurtigt.

Selvom vi ikke har et fuldstændigt og endeligt billede endnu, forskerne holder fast, hvis langsom, fremskridt med at forstå forholdet mellem gigantiske sorte huller og deres værtsgalakser. I en nylig avis, videnskabsmænd brugte avancerede computersimuleringer til at prøve at undersøge det fulde billede, inklusive så meget af den detaljerede fysik som muligt.

De fandt ud af, at når det kommer til disse fantastiske processer, der byder på naturens fantastiske råkraft, når det er råest, finesser betyder noget. Jo da, den intense stråling, der afgives af den indfaldende gas, og de stråler, der undslipper fra nær den dødelige overflade af de sorte huller, spiller en rolle i reguleringen af ​​galaksernes temperatur. Men de fejler ofte, misbruger deres energi på de forkerte steder eller på de forkerte tidspunkter.

Fysik til redning

Men stråling og jetfly er ikke de eneste ting, der drives af de centrale supermassive sorte huller. Kosmiske stråler, små ladede partikler, der rejser tæt på lysets hastighed, oversvømme malstrømmens nærhed. De hjælper med at transportere varme på et pænt tidspunkt, stabilt tempo, holder galaksens hjerteslag i gang i en regelmæssig rytme.

Plus der er god gammeldags turbulens, med rullende chokbølger og generelt dårligt temperament drevet af opblussen i midten. Denne turbulens gør et fint stykke arbejde med at forhindre omgivende gas i at afkøle fuldstændigt og briste i stjernedannelse.

Så er det det her, hele historien? Selvfølgelig ikke. Galakser lever, åndende væsner, med massive tyngdekraftsmotorer, der driver deres hjerter, og sammenflettede strømme af gas formet af stærke – og til tider eksotiske – kræfter. Det er et svært problem at studere, men en fascinerende en, siden ved at fastlægge forholdet mellem galakser og deres sorte huller, som kommunikeret gennem strømme og forstyrrelser af kølig gas, vi kan prøve at låse op for historien om selve galakseudviklingen.