Es relativamente fácil para las galaxias crear estrellas. Comience con un montón de gotas aleatorias de gas y polvo. Normalmente, esas manchas serán bastante cálidas. Para convertirlos en estrellas, debes enfriarlos. Al descargar todo su calor en forma de radiación, se pueden comprimir. Vierta más calor, comprima más. Repita durante un millón de años más o menos.
Eventualmente, los pedazos de la nube de gas se encogen y encogen, comprimiéndose en pequeños nudos apretados. Si las densidades dentro de esos nudos aumentan lo suficiente, desencadenan la fusión nuclear y listo: nacen las estrellas.
Cuando observamos galaxias masivas, vemos enormes cantidades de radiación de rayos X que se desprenden de sus núcleos. Esta radiación se lleva el calor de forma natural. Esta radiación enfría naturalmente las galaxias, especialmente en sus núcleos. Por lo tanto, el gas en el núcleo debería comprimirse y reducirse en volumen. El material circundante debe darse cuenta y caer detrás de él, canalizándose hacia el núcleo.
Esta imagen compuesta muestra las regiones centrales de la cercana galaxia Circinus, ubicada a unos 12 millones de años luz de distancia. Los datos del Observatorio de rayos X Chandra de la NASA se muestran en azul y los datos del telescopio espacial Hubble se muestran en amarillo, rojo, cian y azul claro.
Y no solo un poquito: hasta mil masas solarespor añodebería estar colapsando en los núcleos de las galaxias más masivas a medida que se enfrían, se enfrían, se enfrían.
Este enorme enfriamiento y compresión debería, por supuesto, desencadenar cantidades masivas de formación estelar. Después de todo, tienes exactamente las condiciones adecuadas: muchas cosas enfriadas en pequeños bolsillos.
Entonces, en estas galaxias con una gran cantidad de rayos X, deberíamos estar viendo emerger toneladas de nuevas estrellas.
Nosotros no.
Eso es un problema.
Galaxias cálidas y acogedoras
Algo tiene que mantener calientes estas galaxias a pesar de la gran pérdida de calor de su emisión de rayos X. Algo tiene que evitar que el gas se comprima completamente para fabricar estrellas. Algo tiene que mantener el luces de las estrellas apagadas .
Como ocurre con la mayoría de los misterios de la astronomía, existen varias ideas, todas con sus propias fortalezas y debilidades, y ninguna de ellas del todo satisfactoria. La variedad de mecanismos utilizados para explicar este enigma incluye la retroalimentación de supernova, poderosas ondas de choque expulsadas por estrellas masivas, campos magnéticos descontrolados e incluso alterar la forma misma de la galaxia para evitar un mayor enfriamiento.
Quizás las cosas más fáciles de culpar son los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias. A medida que el gas se enfría y fluye hacia adentro, se atrae hacia el agujero negro. El enorme vórtice de succión de la gravedad se alimenta con avidez del gas y lo empuja hacia abajo. Pero con todo ese gas comprimiéndose en un volumen tan pequeño, se calienta tremendamente.
A veces, si la combinación de fuertes fuerzas magnéticas es la correcta, las corrientes de gas pueden girar alrededor del agujero negro, apenas evitando el olvido debajo del horizonte de eventos, el viento y los remolinos, eventualmente Explosión de la región en forma de un chorro largo y delgado. .
Este jet lleva mucha energía. Energía suficiente para calentar todo el núcleo de la galaxia, evitando un mayor enfriamiento.
Si eso no es lo suficientemente bueno, la radiación extrema emitida por el gas caliente intenso cuando es empujado por la garganta del agujero negro puede explotar en sus alrededores, proporcionando calor más que suficiente para detener, e incluso revertir, los flujos de gas frío. .
Quizás.
Un latido podrido
Este escenario es definitivamente atractivo, porque es a) muy común yb) muy poderoso. A primera vista es un factor decisivo perfecto, pero la naturaleza, como de costumbre, tiene el hábito de volverse desagradable. El problema es que los agujeros negros de alimentación son sistemas fantásticamente complicados, con todo tipo de procesos físicos que se mezclan, lo que los hace difíciles de estudiar.
Y, ¿no lo sabrían? Cuando tratamos de simular estos escenarios en una computadora, siguiendo la física lo mejor que podemos y lo mejor que entendemos, tenemos muchos problemas para llevar las cantidades correctas de energía a los lugares correctos. A veces, las galaxias siguen enfriándose. A veces explotan. En ocasiones, fluctúan entre el calentamiento y el enfriamiento con demasiada rapidez.
Si bien aún no tenemos una imagen completa y final, los investigadores están logrando un progreso constante, aunque lento, en la comprensión de la relación entre los agujeros negros gigantes y sus galaxias anfitrionas. En un artículo reciente , los científicos utilizaron simulaciones por computadora avanzadas para tratar de examinar esa imagen completa, incluida la mayor cantidad posible de física detallada.
Impresión artística de ULAS J1120 + 0641, un cuásar muy distante impulsado por un agujero negro con una masa dos mil millones de veces la del Sol. Crédito: ESO / M. Kornmesser
Descubrieron que cuando se trata de estos procesos fantásticos que presentan el asombroso poder crudo de la naturaleza en su forma más cruda, las sutilezas importan. Claro, la intensa radiación emitida por el gas que cae y los chorros que escapan cerca de la superficie mortal de los agujeros negros juegan un papel en la regulación de las temperaturas de las galaxias. Pero a menudo fallan, malgastando sus energías en los lugares equivocados o en los momentos equivocados.
Física al rescate
Pero la radiación y los chorros no son las únicas cosas impulsadas por los agujeros negros supermasivos centrales. Rayos cósmicos, diminutas partículas cargadas que viajan cerca de la velocidad de la luz , inundar las inmediaciones de la vorágine. Ayudan a transportar el calor a un ritmo constante y agradable, manteniendo los latidos del corazón de la galaxia a un ritmo regular.
Además, hay buenas turbulencias a la antigua, con ondas de choque ondulantes y mal temperamento general impulsado por los estallidos en el centro. Esta turbulencia hace un buen trabajo al evitar que el gas circundante se enfríe por completo y estalle en la formación de estrellas.
Entonces, ¿es esta, la historia completa? Por supuesto no. Las galaxias son criaturas vivientes que respiran, con enormes motores de gravedad que impulsan sus corazones y flujos de gas entrelazados formados por fuerzas poderosas, y a veces exóticas. Es un problema difícil de estudiar, pero fascinante, ya que al precisar la relación entre las galaxias y sus agujeros negros, tal como se comunica a través de los flujos y las interrupciones del gas frío, podemos intentar descifrar la historia de la evolución de las galaxias.