Sterrenstelsels kunnen relatief gemakkelijk sterren maken. Begin met een stel willekeurige klodders gas en stof. Meestal zijn die klodders behoorlijk warm. Om ze in sterren te veranderen, moet je ze afkoelen. Door al hun warmte in de vorm van straling te dumpen, kunnen ze samendrukken. Dump meer warmte, comprimeer meer. Herhaal dit voor een miljoen jaar of zo.
Uiteindelijk krimpen en krimpen stukjes van de gaswolk, die zichzelf samendrukken tot strakke kleine knoopjes. Als de dichtheden binnen die knopen hoog genoeg worden, veroorzaken ze kernfusie en voila: sterren worden geboren.
Toen we massieve sterrenstelsels waarnemen, zien we enorme hoeveelheden röntgenstraling stralen weg van hun kernen. Deze straling voert van nature warmte af. Deze straling koelt van nature de sterrenstelsels af, vooral in hun kernen. Het gas in de kern moet dus comprimeren en in volume krimpen. Het omringende materiaal moet opletten en erachter vallen, zichzelf in de kern trechterend.
En niet zomaar een klein beetje: wel duizend zonsmassa'sper jaar zou moeten instorten in de kernen van de meest massieve sterrenstelsels terwijl ze koel, koel, koel zijn.
Deze enorme afkoeling en compressie zou, volgens alle rechten, enorme hoeveelheden stervorming moeten veroorzaken. Je hebt tenslotte precies de juiste omstandigheden: veel dingen worden gekoeld tot kleine zakjes.
Dus in deze sterrenstelsels met veel röntgenstraling zouden er tonnen nieuwe sterren moeten verschijnen.
Wij niet.
Dat is een probleem.
Iets moet deze sterrenstelsels warm houden ondanks het grote warmteverlies door hun röntgenstraling. Iets moet verhinderen dat het gas helemaal naar beneden comprimeert om sterren te maken. Iets moet de sterrenlichten laag houden.
Zoals bij de meeste mysteries in de astronomie, zijn er verschillende ideeën, allemaal met hun eigen sterke en zwakke punten, en geen van hen voldoet volledig. De verscheidenheid aan mechanismen die worden gebruikt om dit raadsel te verklaren, zijn onder meer supernova-feedback, krachtige schokgolven die door massieve sterren worden uitgeblazen, magnetische velden die in de war raken en zelfs de vorm van het sterrenstelsel veranderen om verdere afkoeling te voorkomen.
Misschien zijn de gemakkelijkste dingen de schuld te geven van de superzware zwarte gaten in het midden van de sterrenstelsels. Terwijl het gas afkoelt en naar binnen stroomt, trekt het zichzelf naar het zwarte gat. De enorme zuigende draaikolk van de zwaartekracht voedt hongerig het gas en drijft het verder naar beneden. Maar met al dat gas dat in zo'n klein volume wordt gecomprimeerd, wordt het enorm heet.
Soms, als de mix van sterke magnetische krachten precies goed is, kunnen gasstromen rond het zwarte gat ronddraaien, waarbij vergetelheid onder de horizon van de gebeurtenis nauwelijks wordt vermeden, wind en ronddraaien, en uiteindelijk het gebied uitblazen in de vorm van een lange, dunne Jet.
Deze jet draagt veel energie. Genoeg energie te warmen de volledige kern van het stelsel, waardoor verdere koeling.
Als dat niet goed genoeg is, kan de extreme straling die wordt uitgestraald door het intense hete gas als het door de slokdarm van het zwarte gat wordt geduwd, de omgeving wegblazen, waardoor er meer dan genoeg warmte wordt geleverd om de stromen koel gas te stoppen - en zelfs om te keren - .
Kan zijn.
Dit scenario is zeker aantrekkelijk, omdat het a) heel gewoon is en b) heel krachtig. Op het eerste gezicht is het een perfecte clincher, maar de natuur, zoals gewoonlijk, als een gewoonte om gemeen te worden. Het probleem is dat het voeden van zwarte gaten fantastisch gecompliceerde systemen zijn, waarbij allerlei fysieke processen met elkaar vermengen, waardoor ze moeilijk te bestuderen zijn.
En, zou u het niet weten, wanneer we deze scenario's op een computer proberen te simuleren, waarbij we de fysica zo goed mogelijk volgen en zo goed mogelijk begrijpen, hebben we veel moeite om de juiste hoeveelheden energie op de juiste plaatsen te krijgen. Soms blijven de sterrenstelsels afkoelen. Soms ontploffen ze. Soms fluctueren ze te snel heen en weer tussen verwarmen en koelen.
Hoewel we nog geen volledig en definitief beeld hebben, boeken onderzoekers gestaag, zij het langzaam, vooruitgang in het begrijpen van de relatie tussen gigantische zwarte gaten en hun gaststelsels. In een recent artikel gebruikten wetenschappers geavanceerde computersimulaties om dat volledige beeld te onderzoeken, inclusief zoveel mogelijk gedetailleerde fysica.
Ze ontdekten dat als het gaat om deze fantastische processen met de geweldige ruwe kracht van de natuur op zijn rauwst, subtiliteiten ertoe doen. Natuurlijk spelen de intense straling die wordt afgegeven door het invallende gas en de stralen die ontsnappen uit de buurt van het dodelijke oppervlak van de zwarte gaten een rol bij het reguleren van de temperaturen van sterrenstelsels. Maar ze falen vaak en passen hun energie verkeerd toe op de verkeerde plaatsen of op de verkeerde tijden.
Maar straling en stralen zijn niet de enige dingen die worden aangedreven door de centrale superzware zwarte gaten. Kosmische stralen, kleine geladen deeltjes die dicht bij de lichtsnelheid reizen, overspoelen de omgeving van de maalstroom. Ze helpen bij het transporteren van warmte in een mooi gelijkmatig, constant tempo, waardoor de hartslag van de melkweg op een regelmatig ritme blijft draaien.
Bovendien is er ouderwetse turbulentie, met rollende schokgolven en algemeen slecht temperament aangedreven door de opflakkeringen in het midden. Deze turbulentie doet het uitstekend om te voorkomen dat het omringende gas volledig afkoelt en in stervorming barst.
Dus is dit het, het complete verhaal? Natuurlijk niet. Sterrenstelsels zijn levende, ademende wezens, met enorme zwaartekrachtmotoren die hun hart aandrijven en met elkaar verweven gasstromen die gevormd worden door krachtige - en soms exotische - krachten. Het is een moeilijke probleem om te studeren, maar een fascinerend, omdat door beetgepakt de relatie tussen sterrenstelsels en hun zwarte gaten, zoals meegedeeld door de stromen en verstoringen van koele gas, kunnen we proberen om het verhaal van de evolutie van sterrenstelsels zelf te ontgrendelen.
Lees meer: "Kosmische stralen of turbulentie kunnen koelstromen onderdrukken (waar thermische verwarming of momentuminjectie niet werkt)"
