Es relativamente fácil para las galaxias hacer estrellas. Comience con un montón de gotas al azar de gas y polvo. Por lo general, esas gotas serán bastante cálidas. Para convertirlos en estrellas, debes enfriarlos. Al descargar todo su calor en forma de radiación, pueden comprimirse. Volcar más calor, comprimir más. Repita por un millón de años más o menos.
Eventualmente, las piezas de la nube de gas se encogen y encogen, comprimiéndose en pequeños nudos apretados. Si las densidades dentro de esos nudos son lo suficientemente altas, desencadenan la fusión nuclear y listo: nacen las estrellas.
Cuando observamos galaxias masivas, vemos enormes cantidades de radiación de rayos X saliendo de sus núcleos. Esta radiación lleva naturalmente el calor. Esta radiación naturalmente enfría las galaxias, especialmente en sus núcleos. Entonces, el gas en el núcleo debe estar comprimiéndose y encogiéndose en volumen. El material circundante debe tomar nota y caer detrás de él, canalizándose hacia el núcleo.
Y no solo un poquito: tanto como mil masas solarespor año Debería colapsar en los núcleos de las galaxias más masivas a medida que se enfrían, enfrían, enfrían.
Este enorme enfriamiento y compresión debería, por todos los derechos, desencadenar grandes cantidades de formación estelar. Después de todo, tiene exactamente las condiciones correctas: muchas cosas se enfrían en pequeños bolsillos.
Entonces, en estas galaxias con una gran cantidad de salida de rayos X, deberíamos ver toneladas de nuevas estrellas surgiendo.
Nosotros no.
Eso es un problema.
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 las luces de las estrellas bajas.
Como con la mayoría de los misterios en astronomía, hay varias ideas, todas con sus propias fortalezas y debilidades, y ninguna de ellas es completamente satisfactoria. La variedad de mecanismos utilizados para explicar este enigma incluye la retroalimentación de supernovas, poderosas ondas de choque expulsadas por estrellas masivas, campos magnéticos que se vuelven locos 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 arrastra hacia el agujero negro. El enorme vórtice de succión de la gravedad se alimenta hambriento del gas, conduciéndolo más abajo. Pero con todo ese gas comprimiéndose en un volumen tan pequeño, se calienta muchísimo.
A veces, si la combinación de fuerzas magnéticas fuertes es la correcta, las corrientes de gas pueden girar alrededor del agujero negro, evitando apenas el olvido debajo del horizonte de eventos, el viento y los remolinos, eventualmente saliendo de la región en forma de un largo y delgado chorro.
Este jet lleva mucha energía. Suficiente energía 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 intenso gas caliente cuando se empuja por la garganta del agujero negro puede explotar a su alrededor, proporcionando calor más que suficiente para detener, e incluso revertir, los flujos de gas frío. .
Tal vez.
Este escenario es definitivamente atractivo, porque es a) realmente común yb) realmente poderoso. A primera vista, es un factor decisivo perfecto, pero la naturaleza, como siempre, es un hábito de volverse desagradable. El problema es que alimentar los agujeros negros son sistemas increíblemente complicados, con todo tipo de procesos físicos mezclados, lo que los hace difíciles de estudiar.
Y, no lo sabría, cuando tratamos de simular estos escenarios en una computadora, siguiendo la física lo mejor que podemos y como mejor entendemos, tenemos muchos problemas para llevar las cantidades correctas de energía a los lugares correctos. A veces las galaxias se siguen enfriando. A veces explotan. En algún momento fluctúan de un lado a otro entre calentamiento y enfriamiento demasiado rápido.
Si bien aún no tenemos una imagen completa y final, los investigadores están haciendo progresos constantes, aunque lentos, en la comprensión de la relación entre los agujeros negros gigantes y sus galaxias anfitrionas. En un artículo reciente, los científicos utilizaron simulaciones informáticas avanzadas para tratar de examinar esa imagen completa, incluida la mayor cantidad posible de física detallada.
Descubrieron que, cuando se trata de estos procesos fantásticos que presentan el increíble poder bruto de la naturaleza en su punto más crudo, las sutilezas son importantes. Claro, la intensa radiación emitida por el gas que cae y los chorros que escapan de 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, aplicando mal sus energías en los lugares equivocados o en los momentos equivocados.
Pero la radiación y los chorros no son las únicas cosas impulsadas por los agujeros negros supermasivos centrales. Los rayos cósmicos, pequeñas partículas cargadas que viajan cerca de la velocidad de la luz, inundan la vecindad de la vorágine. Ayudan a transportar el calor a un ritmo agradable y constante, manteniendo el ritmo cardíaco de la galaxia a un ritmo regular.
Además, hay buenas turbulencias pasadas de moda, con ondas de choque ondulantes y mal temperamento general impulsado por los brotes en el centro. Esta turbulencia hace un buen trabajo al evitar que el gas circundante se enfríe por completo y explote 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 poderosas, y a veces exóticas, fuerzas. 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 descubrir la historia de la evolución de las galaxias.
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