Det er relativt let for galakser at fremstille stjerner. Start med en masse tilfældige klatter med gas og støv. Disse klatter vil typisk være temmelig varme. For at gøre dem til stjerner skal du afkøle dem. Ved at dumpe al deres varme i form af stråling, kan de komprimere. Dump mere varme, komprimere mere. Gentag i en million år eller deromkring.
Til sidst krymper og krymper stykker af gasskyen og presser sig sammen til en stram lille knude. Hvis densiteterne inden i disse knuder bliver høje nok, udløser de nuklear fusion og voila: stjerner fødes.
Når vi observerer massive galakser, ser vi enorme mængder røntgenstråling sprænge væk fra deres kerner. Denne stråling bærer naturligt væk varme. Denne stråling afkøler naturligvis galakserne, især i deres kerner. Så gasen i kernen skal komprimere og krympe i volumen. Det omgivende materiale skal være opmærksom og falde ned bag det og trille sig selv ind i kernen.
Og ikke bare en lille smule: så meget som tusind solmasserPer år burde kollapse i kerne i de mest massive galakser, når de køler, kølige, kølige.
Denne enorme afkøling og komprimering skal med alle rettigheder udløse enorme mængder stjernedannelse. Når alt kommer til alt har du nøjagtigt de rigtige forhold: masser af ting afkølet i små små lommer.
Så i disse galakser med masser af røntgenudgang, burde vi se masser af nye stjerner springe ud.
Det gør vi ikke.
Det er et problem.
Noget skal holde disse galakser varme til trods for det store tab af varme fra deres røntgenemission. Noget er nødt til at forhindre gassen i at komprimere helt ned for at fremstille stjerner. Noget skal holde stjernelysene nede.
Som med de fleste mysterier inden for astronomi, er der forskellige ideer, alle med deres egne styrker og svagheder, og ingen af dem helt tilfredsstillende. Mangfoldigheden af mekanismer, der bruges til at forklare dette conundrum inkluderer supernova-feedback, kraftige chokbølger, der er sprængt af massive stjerner, magnetiske felter, der går på højen, og endda ændring af formen på galaksen for at forhindre yderligere afkøling.
Måske er det nemmeste at skylde på de supermassive sorte huller, der sidder i midten af galakserne. Når gassen afkøles og strømmer indad, trækker den sig hen til det sorte hul. Den massive sugende virvel af tyngdekraft føder sultent fra gassen og kører den længere nede. Men med al den gas, der komprimeres til et så lille volumen, opvarmes det enormt.
Nogle gange, hvis blandingen af stærke magnetiske kræfter er lige ret, kan strømme af gas rulle rundt om det sorte hul og knap undgå glemsel under begivenhedshorisonten, vinde og virvle rundt og til sidst sprænge ud af regionen i form af en lang, tynd Jet.
Denne jet bærer meget energi. Tilstrækkelig energi til at varme op hele galaksen, hvilket forhindrer yderligere afkøling.
Hvis det ikke er godt nok, kan den ekstreme stråling, der udsendes af den intense varme gas, når den bliver skubbet ned langs sorte huls sluge, sprænge væk i omgivelserne, hvilket giver mere end nok varme til at standse - og endda vende - strømmen af kold gas .
Måske.
Dette scenarie er bestemt tiltalende, fordi det er a) virkelig almindeligt og b) virkelig magtfuldt. Ved første øjekast er det en perfekt klinker, men naturen, som sædvanlig, som en vane at vende sig grim. Problemet er, at fodring af sorte huller er fantastisk komplicerede systemer, hvor alle slags fysiske processer blandes sammen, hvilket gør dem svære at studere.
Og vidste du ikke det, når vi forsøger at simulere disse scenarier på en computer, efter at følge fysikken så godt vi kan og som bedst forstå, har vi en masse problemer med at få de rigtige mængder energi på de rigtige steder. Nogle gange holder galakserne bare ved at køle ned. Nogle gange sprænger de. Engang svinger de frem og tilbage mellem opvarmning og afkøling for hurtigt.
Selvom vi ikke har et fuldt og endeligt billede endnu, gør forskere en stabil, hvis langsom, fremgang med at forstå forholdet mellem gigantiske sorte huller og deres værtsgalakser. I en nylig artikel anvendte forskere avancerede computersimuleringer for at prøve at undersøge det fulde billede, inklusive så meget af den detaljerede fysik som muligt.
De fandt ud af, at når det drejer sig om disse fantastiske processer med naturens fantastiske rå kraft på det råeste, subtilitet er det vigtigt. Det er klart, at den intense stråling, der afgives af den infalling gas og jetflyene, der slipper ud fra nær den sorte hullers dødelige overflade, spiller en rolle i reguleringen af temperaturerne i galakser. Men de fejler ofte og misbruger deres energi på de forkerte steder eller de forkerte tidspunkter.
Men stråling og jetfly er ikke de eneste ting, der drives af de centrale supermassive sorte huller. Kosmiske stråler, små ladede partikler, der bevæger sig tæt på lysets hastighed, oversvømmer nærområdet til malstrømmen. De hjælper med at transportere varme i et pænt, jævnt tempo, og holder galaksens hjerteslag i en regelmæssig rytme.
Der er desuden god gammeldags turbulens med rullende chokbølger og generelt dårligt temperament drevet af opblussen i midten. Denne turbulens gør bare et fint stykke arbejde med at forhindre den omgivende gas i at køle helt ned og sprænge ud i stjernedannelse.
Så er dette det, den komplette historie? Selvfølgelig ikke. Galakser er levende, åndedræt væsener med massive tyngdekraftmotorer, der driver deres hjerter, og sammenflettede gasstrømme formet af magtfulde - og til tider eksotiske - kræfter. Det er et hårdt problem at studere, men et fascinerende problem, da vi ved at fastlægge forholdet mellem galakser og deres sorte huller, som kommunikeret gennem strømme og forstyrrelser af kølig gas, kan vi prøve at låse historien om galakseudviklingen op.
Læs mere: “Kosmiske stråler eller turbulens kan undertrykke køleflow (hvor termisk opvarmning eller momentuminjektion mislykkes)”
