Für Galaxien ist es relativ einfach, Sterne zu bilden. Beginnen Sie mit einer Reihe von zufälligen Gas- und Staubklumpen. Normalerweise sind diese Blobs ziemlich warm. Um sie in Sterne zu verwandeln, muss man sie abkühlen. Indem sie ihre gesamte Wärme in Form von Strahlung abgeben, können sie komprimieren. Mehr Wärme ablassen, mehr komprimieren. Wiederholen Sie dies etwa eine Million Jahre lang.
Schließlich schrumpfen und schrumpfen Teile der Gaswolke und komprimieren sich zu engen kleinen Knoten. Wenn die Dichte in diesen Knoten hoch genug wird, lösen sie Kernfusion und Voila aus: Sterne werden geboren.
Wenn wir massive Galaxien beobachten, sehen wir enorme Mengen an Röntgenstrahlung, die von ihren Kernen wegstrahlen. Diese Strahlung leitet natürlich Wärme ab. Diese Strahlung kühlt die Galaxien auf natürliche Weise ab, insbesondere in ihren Kernen. Das Gas im Kern sollte also komprimiert und im Volumen schrumpfen. Das umgebende Material sollte es bemerken und dahinter fallen und sich in den Kern leiten.
Und das nicht nur ein bisschen: bis zu tausend Sonnenmassenpro Jahr sollte in den Kernen der massereichsten Galaxien zusammenbrechen, wenn sie abkühlen, abkühlen, abkühlen.
Diese enorme Abkühlung und Komprimierung sollte auf jeden Fall eine massive Sternentstehung auslösen. Immerhin haben Sie genau die richtigen Bedingungen: Viele Dinge kühlen sich in winzigen kleinen Taschen ab.
In diesen Galaxien mit vielen Röntgenstrahlen sollten also Tonnen neuer Sterne auftauchen.
Wir tun es nicht.
Das ist ein Problem.
Etwas muss diese Galaxien trotz des großen Wärmeverlusts durch ihre Röntgenemission warm halten. Etwas muss verhindern, dass das Gas vollständig komprimiert wird, um Sterne herzustellen. Etwas muss die Sternenlichter niedrig halten.
Wie bei den meisten Mysterien in der Astronomie gibt es verschiedene Ideen, alle mit ihren eigenen Stärken und Schwächen, und keine davon ist völlig zufriedenstellend. Zu den verschiedenen Mechanismen, die zur Erklärung dieses Rätsels verwendet werden, gehören Supernova-Rückkopplungen, starke Stoßwellen, die von massiven Sternen ausgeblasen werden, Magnetfelder, die durcheinander geraten, und sogar die Veränderung der Form der Galaxie, um eine weitere Abkühlung zu verhindern.
Am einfachsten sind vielleicht die supermassiven Schwarzen Löcher, die sich im Zentrum der Galaxien befinden. Wenn das Gas abkühlt und nach innen fließt, zieht es sich zum Schwarzen Loch. Der massive Saugwirbel der Schwerkraft speist hungrig das Gas ab und treibt es weiter nach unten. Aber mit all dem Gas, das auf ein so kleines Volumen komprimiert wird, erwärmt es sich enorm.
Manchmal, wenn die Mischung aus starken Magnetkräften genau richtig ist, können Gasströme um das Schwarze Loch rollen, ohne das Vergessen unter dem Ereignishorizont zu vermeiden, Wind und Wirbel herum und schließlich in Form eines langen, dünnen aus der Region heraussprengen Jet.
Dieser Jet trägt viel Energie. Genug Energie, um den gesamten Kern der Galaxie aufzuheizen und eine weitere Abkühlung zu verhindern.
Wenn das nicht gut genug ist, kann die extreme Strahlung, die das intensive heiße Gas abgibt, wenn es in die Speiseröhre des Schwarzen Lochs gedrückt wird, in seine Umgebung sprengen und mehr als genug Wärme liefern, um die Strömungen des kühlen Gases zu stoppen - und sogar umzukehren .
Könnte sein.
Dieses Szenario ist auf jeden Fall ansprechend, da es a) sehr häufig und b) sehr leistungsfähig ist. Auf den ersten Blick ist es ein perfekter Drahtreifen, aber die Natur ist wie immer die Gewohnheit, böse zu werden. Das Problem ist, dass das Füttern von Schwarzen Löchern fantastisch komplizierte Systeme sind, 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 und dabei der Physik so gut wie möglich und so gut wie möglich zu folgen, haben wir große Probleme, die richtigen Energiemengen an die richtigen Stellen zu bringen. Manchmal kühlen die Galaxien einfach weiter ab. Manchmal explodieren sie. Manchmal schwanken sie zu schnell zwischen Heizen und Kühlen 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 kürzlich erschienenen Artikel verwendeten Wissenschaftler fortgeschrittene Computersimulationen, um das gesamte Bild zu untersuchen, einschließlich möglichst vieler detaillierter Physik.
Sie fanden heraus, dass es bei diesen fantastischen Prozessen darum geht, die unglaubliche Rohkraft der Natur in ihrer rauesten, subtilsten Form zu zeigen. Sicher, die intensive Strahlung, die durch das einfallende Gas und die aus der Nähe der tödlichen Oberfläche der Schwarzen Löcher austretenden Strahlen abgegeben wird, spielt eine Rolle bei der Regulierung der Temperaturen von Galaxien. Aber sie scheitern oft und wenden ihre Energien falsch an den falschen Orten oder zu den falschen Zeiten an.
Aber Strahlung und Jets sind nicht die einzigen Dinge, die von den zentralen supermassiven Schwarzen Löchern angetrieben werden. Kosmische Strahlen, winzige geladene Teilchen, die sich nahe der Lichtgeschwindigkeit bewegen, überfluten die Umgebung des Strudels. Sie tragen dazu bei, die Wärme gleichmäßig und gleichmäßig zu transportieren und den Herzschlag der Galaxie in einem regelmäßigen Rhythmus zu halten.
Außerdem gibt es gute, altmodische Turbulenzen mit rollenden Stoßwellen und allgemein schlechtem Temperament, die von den Aufflackern in der Mitte angetrieben werden. Diese Turbulenzen verhindern, dass das umgebende Gas vollständig abkühlt und in Sternentstehung ausbricht.
Also ist das alles, die ganze Geschichte? Natürlich nicht. Galaxien sind lebende, atmende Kreaturen mit massiven Schwerkraftmotoren, die ihr Herz antreiben, und miteinander verflochtenen Gasströmen, die von mächtigen - und manchmal exotischen - Kräften geformt werden. Es ist ein schwieriges, aber faszinierendes Problem zu untersuchen, 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 Strömungen und Störungen des kühlen Gases kommuniziert wird.
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