Für Galaxien ist es relativ einfach, Sterne zu bilden. Beginnen Sie mit einem Haufen zufälliger Gas- und Staubklumpen. Normalerweise sind diese Kleckse ziemlich warm. Um sie in Sterne zu verwandeln, musst du sie abkühlen. Indem sie ihre gesamte Wärme in Form von Strahlung abgeben, können sie sich komprimieren. Mehr Hitze ablassen, mehr komprimieren. Wiederholen Sie dies für eine Million Jahre oder so.

Schließlich schrumpfen und schrumpfen Teile der Gaswolke und komprimieren sich selbst zu engen kleinen Knoten. Wenn die Dichte innerhalb dieser Knoten hoch genug wird, lösen sie die Kernfusion aus und voila: Sterne werden geboren.

Wenn wir massereiche Galaxien beobachten, sehen wir enorme Mengen an Röntgenstrahlung, die von ihren Kernen wegschießen. Diese Strahlung transportiert auf natürliche Weise Wärme ab. Diese Strahlung kühlt die Galaxien auf natürliche Weise ab, insbesondere in ihren Kernen. Das Gas im Kern sollte sich also komprimieren und im Volumen schrumpfen. Das umgebende Material sollte darauf aufmerksam werden und dahinter nach unten fallen und sich in den Kern trichtern.

Dieses zusammengesetzte Bild zeigt die zentralen Regionen der nahegelegenen Circinus-Galaxie, die etwa 12 Millionen Lichtjahre entfernt liegt. Daten des Chandra-Röntgenobservatoriums der NASA sind in Blau dargestellt und Daten des Hubble-Weltraumteleskops in Gelb, Rot, Cyan und Hellblau.

Und nicht nur ein bisschen: bis zu tausend Sonnenmassenpro Jahrsollten in die Kerne der massereichsten Galaxien kollabieren, wenn sie abkühlen, kühlen, kühlen.

Diese enorme Abkühlung und Komprimierung sollte zu Recht massive Mengen an Sternentstehung auslösen. Schließlich hast du genau die richtigen Bedingungen: Vieles gekühlt in winzig kleinen Taschen.

In diesen Galaxien mit viel Röntgenstrahlung sollten wir also Tonnen neuer Sterne auftauchen sehen.

Wir nicht.

Das ist ein Problem.

Warme und gemütliche Galaxien

Etwas muss diese Galaxien trotz des großen Wärmeverlusts durch ihre Röntgenstrahlung warm halten. Irgendetwas muss verhindern, dass das Gas vollständig komprimiert wird, um Sterne herzustellen. Etwas muss das halten Sternenlichter heruntergedreht .

Wie bei den meisten Mysterien in der Astronomie gibt es verschiedene Ideen, die alle ihre eigenen Stärken und Schwächen haben, und keine davon ist vollständig zufriedenstellend. Zu den verschiedenen Mechanismen, die verwendet werden, um dieses Rätsel zu erklären, gehören Supernova-Feedback, starke Stoßwellen, die von massereichen Sternen ausgeblasen werden, Magnetfelder, die durchdrehen und sogar die Form der Galaxie verändern, um eine weitere Abkühlung zu verhindern.

Vielleicht sind die supermassiven Schwarzen Löcher im Zentrum der Galaxien am einfachsten dafür verantwortlich. Wenn das Gas abkühlt und nach innen strömt, zieht es sich selbst zum Schwarzen Loch. Der massive saugende Gravitationswirbel speist das Gas hungrig und treibt es weiter nach unten. Aber bei all dem Gas, das auf ein so kleines Volumen komprimiert wird, erwärmt es sich enorm.

Manchmal, wenn die Mischung der starken magnetischen Kräfte genau richtig ist, können Gasströme um das Schwarze Loch kreisen, ohne das Vergessen unter dem Ereignishorizont zu vermeiden, Wind und schließlich herumwirbeln Ausstrahlen des Bereichs in Form eines langen, dünnen Strahls .

Dieser Jet trägt viel Energie. Genug Energie, um den gesamten Kern der Galaxie aufzuheizen und eine weitere Abkühlung zu verhindern.

Wenn das nicht genug ist, kann die extreme Strahlung des intensiven heißen Gases, wenn es in die Speiseröhre des Schwarzen Lochs geschoben wird, in seine Umgebung blasen und mehr als genug Wärme liefern, um die Ströme des kühlen Gases zu stoppen und sogar umzukehren .

Vielleicht.

Ein fauler Herzschlag

Dieses Szenario ist definitiv ansprechend, weil es a) sehr verbreitet und b) wirklich mächtig ist. Auf den ersten Blick ein perfekter Drahtzieher, aber die Natur wird wie immer böse. Das Problem ist, dass es sich bei der Fütterung von Schwarzen Löchern um fantastisch komplizierte Systeme handelt, bei denen sich alle möglichen physikalischen Prozesse vermischen, was es schwierig macht, sie zu untersuchen.

Und, würden Sie es nicht wissen, wenn wir versuchen, diese Szenarien auf einem Computer zu simulieren, indem wir der Physik so gut wie möglich und nach bestem Wissen folgen, haben wir große Schwierigkeiten, die richtigen Energiemengen an den richtigen Stellen zu platzieren. Manchmal kühlen die Galaxien einfach weiter ab. Manchmal explodieren sie. Manchmal schwanken sie zu schnell zwischen Erwärmung und Abkühlung hin und her.

Obwohl wir noch kein vollständiges und endgültiges Bild haben, machen die Forscher stetige, wenn auch langsame Fortschritte beim Verständnis der Beziehung zwischen riesigen Schwarzen Löchern und ihren Wirtsgalaxien. In einem aktuellen Papier , verwendeten Wissenschaftler fortschrittliche Computersimulationen, um zu versuchen, dieses vollständige Bild zu untersuchen, einschließlich so viel wie möglich der detaillierten Physik.

Künstlerische Darstellung von ULAS J1120+0641, einem sehr weit entfernten Quasar, der von einem Schwarzen Loch mit einer zwei Milliarden Sonnenmasse angetriebenen Masse angetrieben wird. Bildnachweis: ESO/M. Kornmesser

Sie fanden heraus, dass es bei diesen fantastischen Prozessen, die die unglaubliche rohe Kraft der Natur in ihrer rohesten Form zeigen, auf Feinheiten ankommt. Sicher, die intensive Strahlung des einfallenden Gases und die Jets, die nahe der tödlichen Oberfläche der Schwarzen Löcher entweichen, spielen eine Rolle bei der Regulierung der Temperatur von Galaxien. Aber sie scheitern oft, indem sie ihre Energien falsch an den falschen Orten oder zur falschen Zeit einsetzen.

Physik zur Rettung

Aber Strahlung und Jets sind nicht die einzigen Dinge, die von den zentralen supermassiven Schwarzen Löchern angetrieben werden. Kosmische Strahlung, winzige geladene Teilchen, die sich fast mit Lichtgeschwindigkeit bewegen , die Umgebung des Mahlstroms überfluten. Sie tragen dazu bei, Wärme in einem angenehmen, gleichmäßigen Tempo zu transportieren und halten den Herzschlag der Galaxie in einem regelmäßigen Rhythmus.

Außerdem gibt es gute altmodische Turbulenzen mit rollenden Stoßwellen und allgemein schlechtem Temperament, die von den Aufflackern in der Mitte angetrieben werden. Diese Turbulenzen leisten hervorragende Arbeit, um zu verhindern, dass das umgebende Gas vollständig abkühlt und in Sternentstehung platzt.

Ist das also die komplette Geschichte? Natürlich nicht. Galaxien sind lebende, atmende Kreaturen mit massiven Gravitationsmotoren, die ihre Herzen antreiben, und ineinander verschlungenen Gasströmen, die von mächtigen – und manchmal exotischen – Kräften geformt werden. Es ist ein schwierig zu untersuchendes, aber faszinierendes Problem, da wir versuchen können, die Geschichte der Galaxienentwicklung selbst zu entschlüsseln, indem wir die Beziehung zwischen Galaxien und ihren Schwarzen Löchern festhalten, die durch die Ströme und Störungen von kaltem Gas vermittelt wird.

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