Det er relativt enkelt for galakser å lage stjerner. Begynn med en haug med tilfeldige klatter med gass og støv. Vanligvis vil disse klemmene være ganske varme. For å gjøre dem om til stjerner må du avkjøle dem. Ved å dumpe all varmen deres i form av stråling, kan de komprimere. Dump mer varme, komprimere mer. Gjenta i en million år eller så.
Etter hvert krymper og krymper biter av gassskyen, og presser seg sammen til trange små knop. Hvis tettheten inne i disse knutene blir høye nok, utløser de kjernefusjon og voila: stjerner blir født.
Når vi observerer massive galakser, ser vi enorme mengder røntgenstråling sprenges vekk fra kjernene deres. Denne strålingen frakter naturlig varme. Denne strålingen kjøler naturlig ned galaksene, spesielt i kjernene. Så bensinen i kjernen skal komprimere og krympe i volum. Det omkringliggende materialet bør ta varsel og falle ned bak det og traktere seg inn i kjernen.
Og ikke bare en liten bit: så mye som tusen solmasserper år burde falle sammen i kjernen til de mest massive galaksene når de kjøler seg, kjølige, kule.
Denne enorme avkjøling og komprimering skal av alle rettigheter utløse enorme mengder stjernedannelse. Tross alt har du nøyaktig de rette forholdene: masse ting avkjølt i bittesmå små lommer.
Så i disse galaksene med mange røntgenutganger, burde vi se mange nye stjerner dukke ut.
Det gjør vi ikke.
Det er et problem.
Noe må holde disse galaksene varme til tross for stort tap av varme fra røntgenutslippet. Noe må forhindre at gassen komprimerer helt ned for å produsere stjerner. Noe må holde stjernelysene nede.
Som med de fleste mysterier innen astronomi, er det forskjellige ideer, alle med sine egne styrker og svakheter, og ingen av dem helt tilfredsstillende. Ulike mekanismer som brukes til å forklare dette forholdet inkluderer supernova-tilbakemeldinger, kraftige sjokkbølger som er blåst ut av massive stjerner, magnetiske felt som går på høydetrå, og til og med å endre selve formen til galaksen for å forhindre ytterligere avkjøling.
Kanskje de enkleste tingene å skylde på er de supermassive sorte hullene som sitter i sentrum av galaksen. Når gassen avkjøles og flyter innover, trekker den seg til det sorte hullet. Den massive sugende virvel av tyngdekraften mates sulten av gassen og driver den lenger ned. Men med all den gassen som komprimeres til et så lite volum, varmes den opp, enormt.
Noen ganger, hvis blandingen av sterke magnetiske krefter er helt riktig, kan strømmer av gass rulle rundt det sorte hullet, knapt unngå glemsel under hendelseshorisonten, vind og virvle rundt, til slutt sprenge ut av regionen i form av en lang, tynn jetfly.
Denne jet har mye energi. Nok energi til å varme opp hele kjernen i galaksen, og forhindrer ytterligere avkjøling.
Hvis det ikke er bra nok, kan den ekstreme strålingen som sendes ut av den intense varme gassen når den blir dyttet ned i svartehullets sluke, sprenges bort i omgivelsene, og gir mer enn nok varme til å stoppe - og til og med reversere - strømmen av kjølig gass .
Kan være.
Dette scenariet er definitivt tiltalende, fordi det er a) veldig vanlig og b) virkelig kraftig. Ved første øyekast er det en perfekt husmann, men naturen, som vanlig, som en vane å bli stygg. Problemet er at mating av sorte hull er fantastisk kompliserte systemer, med alle slags fysiske prosesser som blandes sammen, noe som gjør dem vanskelig å studere.
Og ville du ikke vite det, når vi prøver å simulere disse scenariene på en datamaskin, følge fysikken så godt vi kan og som best forstå, har vi mye problemer med å få de riktige mengdene energi på de rette stedene. Noen ganger fortsetter galaksene å kjøle seg. Noen ganger blåser de opp. Noen gang svinger de frem og tilbake mellom oppvarming og kjøling for raskt.
Selv om vi ikke har et fullstendig og endelig bilde ennå, gjør forskere jevn, hvis langsom, fremgang med å forstå forholdet mellom gigantiske sorte hull og deres vertsgalakser. I en fersk artikkel brukte forskere avanserte datasimuleringer for å prøve å undersøke det fullstendige bildet, inkludert så mye av den detaljerte fysikken som mulig.
De fant ut at når det gjelder disse fantastiske prosessene med naturens fantastiske råkraft til de råeste, subtilitetene betyr noe. Visstnok spiller den intense strålingen som gis av den innfallende gassen og dysene som rømmer fra nær den sorte hulls dødelige overflate, en rolle i å regulere temperaturen i galakser. Men de mislykkes ofte, og bruker energiene sine feil på feil steder eller gale tider.
Men stråling og jetfly er ikke de eneste tingene som drives av de sentrale supermassive sorte hullene. Kosmiske stråler, bittesmå ladede partikler som beveger seg nær lysets hastighet, oversvømmer nærområdet til malstrømmen. De hjelper til med å transportere varme i et jevnt, jevnt tempo, og holder hjerterytmen til galaksen i gang med en jevn rytme.
I tillegg er det god gammeldags turbulens, med bølgende sjokkbølger og generelt dårlig temperament drevet av oppblussingene i sentrum. Denne turbulensen gjør bare en fin jobb med å forhindre at den omkringliggende gassen kjøler seg fullstendig og sprenger i stjernedannelse.
Så er dette det, hele historien? Selvfølgelig ikke. Galakser er levende, pustende skapninger, med massive tyngdekraftmotorer som driver hjertene deres, og sammenvevd strømmen av gass formet av kraftige - og til tider eksotiske - krefter. Det er et tøft problem å studere, men et fascinerende, siden vi ved å feste forholdet mellom galakser og deres sorte hull, som kommunisert gjennom strømmer og forstyrrelser av kjølig gass, kan prøve å låse opp selve galakseutviklingen.
Les mer: “Kosmiske stråler eller turbulens kan undertrykke kjølestrømmer (der termisk oppvarming eller momentuminjeksjon mislykkes)”
