È relativamente facile per le galassie creare stelle. Inizia con un mucchio di macchie casuali di gas e polvere. In genere quelle macchie saranno piuttosto calde. Per trasformarli in stelle, devi rinfrescarli. Scaricando tutto il loro calore sotto forma di radiazione, possono comprimere. Scarica più calore, comprimi di più. Ripeti per un milione di anni circa.
Alla fine, i pezzi della nuvola di gas si restringono e si restringono, comprimendosi in piccoli nodi stretti. Se le densità all'interno di quei nodi si alzano abbastanza, innescano fusione nucleare e voilà: le stelle nascono.
Quando osserviamo enormi galassie, vediamo enormi quantità di radiazioni a raggi X che esplodono dai loro nuclei. Questa radiazione porta naturalmente calore. Questa radiazione raffredda naturalmente le galassie, specialmente nei loro nuclei. Quindi, il gas nel nucleo dovrebbe comprimersi e ridursi in volume. Il materiale circostante dovrebbe prenderne atto e cadere dietro di esso, incanalandosi nel nucleo.
E non solo un po ': fino a mille masse solariper anno dovrebbe collassare nei nuclei delle più grandi galassie mentre si raffreddano, si raffreddano, si raffreddano.
Questo enorme raffreddamento e compressione dovrebbe, a tutti i costi, innescare enormi quantità di formazione stellare. Dopotutto, hai esattamente le condizioni giuste: molte cose si sono raffreddate in piccole piccole tasche.
Quindi in queste galassie con un sacco di emissione di raggi X, dovremmo vedere spuntare tonnellate di nuove stelle.
Noi no.
Questo é un problema.
Qualcosa deve mantenere calde queste galassie nonostante la grande perdita di calore dovuta alla loro emissione di raggi X. Qualcosa deve impedire al gas di comprimersi fino in fondo per produrre stelle. Qualcosa deve mantenere basse le luci delle stelle.
Come con la maggior parte dei misteri in astronomia, ci sono varie idee, tutte con i loro punti di forza e di debolezza, e nessuna di queste è del tutto soddisfacente. La varietà di meccanismi utilizzati per spiegare questo enigma include feedback di supernova, potenti onde d'urto espulse da enormi stelle, campi magnetici che vanno in tilt e persino alterando la forma stessa della galassia per impedire un ulteriore raffreddamento.
Forse le cose più facili da incolpare sono i buchi neri supermassicci che si trovano al centro delle galassie. Mentre il gas si raffredda e fluisce verso l'interno, si attira verso il buco nero. L'enorme vortice di gravità succhiante si nutre avidamente del gas, spingendolo più in basso. Ma con tutto quel gas che si comprime in un volume così piccolo, si riscalda tremendamente.
A volte, se il mix di forti forze magnetiche è giusto, flussi di gas possono ruotare attorno al buco nero, evitando a malapena l'oblio sotto l'orizzonte degli eventi, il vento e il vortice attorno, alla fine esplodendo fuori dalla regione sotto forma di un lungo, sottile Jet.
Questo getto trasporta molta energia. Abbastanza energia per riscaldare l'intero nucleo della galassia, impedendo un ulteriore raffreddamento.
Se ciò non è abbastanza buono, l'estrema radiazione emessa dall'intenso gas caldo mentre viene spinto giù dal esofago del buco nero può esplodere nei suoi dintorni, fornendo calore più che sufficiente per arrestare - e persino invertire - i flussi di gas freddo .
Può essere.
Questo scenario è decisamente interessante, perché è a) molto comune eb) molto potente. A prima vista è un copertoncino perfetto, ma la natura, come al solito, ha l'abitudine di diventare cattiva. Il problema è che alimentare i buchi neri è un sistema incredibilmente complicato, con tutti i tipi di processi fisici che si mescolano, il che li rende difficili da studiare.
E, non lo sapresti, quando proviamo a simulare questi scenari su un computer, seguendo la fisica il meglio che possiamo e come meglio capiamo, abbiamo molti problemi a trovare le giuste quantità di energia nei posti giusti. A volte le galassie continuano a raffreddarsi. A volte esplodono. A volte fluttuano avanti e indietro tra riscaldamento e raffreddamento troppo rapidamente.
Sebbene non abbiamo ancora un quadro completo e finale, i ricercatori stanno facendo progressi costanti, seppure lenti, nella comprensione della relazione tra i buchi neri giganti e le loro galassie ospiti. In un recente articolo, gli scienziati hanno utilizzato simulazioni al computer avanzate per provare a esaminare il quadro completo, compresa la maggior quantità possibile di fisica dettagliata.
Hanno scoperto che quando si tratta di questi fantastici processi che caratterizzano la straordinaria potenza grezza della natura nella sua materia più pura e delicata. Certo, l'intensa radiazione emessa dal gas in caduta e i getti che fuoriescono da vicino alla superficie mortale dei buchi neri svolgono un ruolo nel regolare le temperature delle galassie. Ma spesso falliscono, applicando erroneamente le loro energie nei posti sbagliati o nei tempi sbagliati.
Ma radiazioni e getti non sono le uniche cose guidate dai buchi neri supermassicci centrali. I raggi cosmici, minuscole particelle cariche che si avvicinano alla velocità della luce, inondano le vicinanze del vortice. Aiutano a trasportare il calore a un ritmo regolare, costante, mantenendo il ritmo cardiaco della galassia a un ritmo regolare.
Inoltre c'è una buona turbolenza vecchio stile, con onde d'urto rotolanti e cattivo temperamento generale guidato dalle riacutizzazioni al centro. Questa turbolenza fa semplicemente un ottimo lavoro nel prevenire il completo raffreddamento del gas circostante e lo scoppio nella formazione stellare.
Quindi è questa la storia completa? Ovviamente no. Le galassie sono creature viventi, che respirano, con enormi motori a gravità che guidano i loro cuori e flussi intrecciati di gas modellati da forze potenti - e talvolta esotiche -. È un problema difficile da studiare, ma affascinante, poiché individuando la relazione tra le galassie e i loro buchi neri, come comunicata attraverso i flussi e le interruzioni del gas freddo, possiamo provare a sbloccare la storia dell'evoluzione della galassia stessa.
Per saperne di più: "I raggi cosmici o la turbolenza possono sopprimere i flussi di raffreddamento (dove il riscaldamento termico o l'iniezione di momento falliscono)"
