È relativamente facile per le galassie creare stelle. Inizia con un mucchio di macchie casuali di gas e polvere. In genere quei blob saranno piuttosto caldi. Per trasformarli in stelle, devi farli raffreddare Scaricando tutto il loro calore sotto forma di radiazione, possono comprimere. Scarica più calore, comprimere di più. Ripeti per un milione di anni o giù di lì.

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 diventano abbastanza alte, innescano la fusione nucleare e voilà:nascono le stelle.

Quando osserviamo galassie massicce, vediamo enormi quantità di radiazioni a raggi X che si allontanano dai loro nuclei. Questa radiazione porta via naturalmente il calore. Questa radiazione raffredda naturalmente le galassie, soprattutto nei loro nuclei. Così, il gas nel nucleo dovrebbe comprimersi e restringersi di volume. Il materiale circostante dovrebbe prendere atto e cadere dietro di esso, incanalandosi nel nucleo.

E non solo un po':fino a mille masse solari all'anno dovrebbero collassare nei nuclei delle galassie più massicce mentre si raffreddano, fresco, fresco.

Questo enorme raffreddamento e compressione dovrebbe, a tutti gli effetti, innescare enormi quantità di formazione stellare. Dopotutto, hai esattamente le condizioni giuste:un sacco di cose si sono raffreddate in piccole tasche.

Quindi in queste galassie con un sacco di emissioni di raggi X, dovremmo vedere tonnellate di nuove stelle spuntare.

Non lo facciamo.

Questo é un problema.

Galassie calde e accoglienti

Qualcosa deve mantenere calde queste galassie nonostante la grande perdita di calore dalla loro emissione di raggi X. Qualcosa deve impedire al gas di comprimersi fino in fondo per produrre stelle. Qualcosa deve tenere basse le luci delle stelle.

Come per la maggior parte dei misteri dell'astronomia, ci sono varie idee, tutti con i propri punti di forza e di debolezza, e nessuno di loro del tutto soddisfacente. La varietà di meccanismi utilizzati per spiegare questo enigma include feedback da supernova, potenti onde d'urto emesse da stelle massicce, 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. Quando il gas si raffredda e scorre verso l'interno, si attira verso il buco nero. L'enorme vortice di gravità aspirante si nutre avidamente del gas, guidandolo più in basso. Ma con tutto quel gas che si comprime in un volume così piccolo, si riscalda, tremendamente.

Qualche volta, se il mix di forti forze magnetiche è giusto, flussi di gas possono ruotare intorno al buco nero, evitando a malapena l'oblio sotto l'orizzonte degli eventi, vento e vorticare intorno, alla fine esplodendo fuori dalla regione sotto forma di un lungo, getto sottile.

Questo getto trasporta molta energia. Abbastanza energia per riscaldare l'intero nucleo della galassia, impedendo un ulteriore raffreddamento.

Se questo non è abbastanza buono, l'estrema radiazione emessa dall'intenso gas caldo mentre viene spinto nell'esofago del buco nero può spazzare via nei suoi dintorni, fornendo calore più che sufficiente per arrestare e persino invertire i flussi di gas freddo.

Forse.

Un battito di cuore marcio

Questo scenario è decisamente allettante, perché è a) molto comune eb) molto potente. A prima vista è un perfetto copertoncino, ma la natura, come di solito, come abitudine di diventare cattivo. Il problema è che alimentare i buchi neri sono sistemi incredibilmente complicati, con tutti i tipi di processi fisici che si mescolano insieme, che li rende difficili da studiare.

E, non lo sapresti, quando proviamo a simulare questi scenari su un computer, seguendo la fisica nel miglior modo possibile e nel miglior modo di capire, abbiamo molti problemi a portare la giusta quantità di energia nei posti giusti. A volte le galassie continuano a raffreddarsi. A volte esplodono. A volte oscillano avanti e indietro tra il riscaldamento e il raffreddamento troppo rapidamente.

Anche se non abbiamo ancora un quadro completo e definitivo, i ricercatori si stanno stabilizzando, se lento, progressi nella comprensione della relazione tra i buchi neri giganti e le galassie che li ospitano. In un recente documento, gli scienziati hanno utilizzato simulazioni al computer avanzate per cercare di esaminare quel quadro completo, includendo la maggior parte della fisica dettagliata possibile.

Hanno scoperto che quando si tratta di questi fantastici processi che caratterizzano l'incredibile potere grezzo della natura nella sua forma più cruda, le sottigliezze contano. Sicuro, l'intensa radiazione emessa dal gas in caduta e i getti che fuoriescono vicino alla superficie mortale dei buchi neri giocano un ruolo nella regolazione delle temperature delle galassie. Ma spesso falliscono, applicando male le loro energie nei posti sbagliati o nei tempi sbagliati.

Fisica in soccorso

Ma radiazioni e getti non sono le uniche cose guidate dai buchi neri supermassicci centrali. Raggi cosmici, minuscole particelle cariche che viaggiano vicino alla velocità della luce, inondare le vicinanze del vortice. Aiutano a trasportare il calore in modo uniforme, pace stabile, mantenendo il battito del cuore della galassia a un ritmo regolare.

Inoltre c'è una buona turbolenza vecchio stile, con onde d'urto e un cattivo temperamento generale guidato dalle riacutizzazioni al centro. Questa turbolenza fa un ottimo lavoro nell'impedire che il gas circostante si raffreddi completamente e esploda nella formazione stellare.

Quindi è questo, la storia completa? Ovviamente no. Le galassie stanno vivendo, creature che respirano, con enormi motori di 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 comunicato attraverso i flussi e le interruzioni del gas freddo, possiamo provare a sbloccare la storia dell'evoluzione della galassia stessa.