Στις 12 Μαΐου, σε εννέα ταυτόχρονες συνεντεύξεις τύπου σε όλο τον κόσμο, αστροφυσικοί αποκάλυψε την πρώτη εικόνα της μαύρης τρύπας στην καρδιά του Γαλαξία. Στην αρχή, όσο φοβερή κι αν ήταν, η κοπιαστική εικόνα του δακτυλίου φωτός γύρω από το κεντρικό λάκκο του σκότους του γαλαξία μας φαινόταν απλώς να αποδεικνύει αυτό που περίμεναν ήδη οι ειδικοί: η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα του Γαλαξία υπάρχει, περιστρέφεται και υπακούει σε αυτό του Άλμπερτ Αϊνστάιν. γενική θεωρία της σχετικότητας.
Και όμως, με μια πιο προσεκτική εξέταση, τα πράγματα δεν στοιβάζονται αρκετά.
Από τη φωτεινότητα του κουλούρι του φωτός, οι ερευνητές έχουν εκτιμήσει πόσο γρήγορα Η ύλη πέφτει στον Τοξότη Α* — το όνομα που δόθηκε στην κεντρική μαύρη τρύπα του Γαλαξία. Η απάντηση είναι: καθόλου γρήγορα. "Είναι βουλωμένο μέχρι λίγο", είπε Priya Natarajan, κοσμολόγος στο Πανεπιστήμιο του Γέιλ, συγκρίνοντας τον γαλαξία με μια σπασμένη κεφαλή ντους. Κατά κάποιο τρόπο είναι μόνο το ένα χιλιοστό της υπόθεσης ρέει στον Γαλαξία από το περιβάλλον διαγαλαξιακό μέσο το κάνει μέχρι κάτω και μέσα στην τρύπα. «Αυτό αποκαλύπτει ένα τεράστιο πρόβλημα», είπε ο Natarajan. «Πού πάει αυτό το αέριο; Τι συμβαίνει με τη ροή; Είναι πολύ σαφές ότι η κατανόησή μας για την ανάπτυξη της μαύρης τρύπας είναι ύποπτη».
Κατά το τελευταίο τέταρτο του αιώνα, οι αστροφυσικοί έχουν καταλήξει να αναγνωρίσουν ποια σφιχτή, δυναμική σχέση υπάρχει ανάμεσα σε πολλούς γαλαξίες και τις μαύρες τρύπες στα κέντρα τους. «Υπήρξε μια πραγματικά τεράστια μετάβαση στον τομέα», λέει Ραμές Ναράι, θεωρητικός αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ. «Η έκπληξη ήταν ότι οι μαύρες τρύπες είναι σημαντικές ως διαμορφωτές και ελεγκτές του τρόπου με τον οποίο εξελίσσονται οι γαλαξίες».
Αυτές οι γιγάντιες τρύπες - συγκεντρώσεις ύλης τόσο πυκνές που η βαρύτητα εμποδίζει ακόμη και το φως να διαφύγει - είναι σαν τις μηχανές των γαλαξιών, αλλά οι ερευνητές μόλις αρχίζουν να καταλαβαίνουν πώς λειτουργούν. Η βαρύτητα έλκει τη σκόνη και το αέριο προς τα μέσα στο γαλαξιακό κέντρο, όπου σχηματίζει έναν στροβιλιζόμενο δίσκο συσσώρευσης γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, που θερμαίνεται και μετατρέπεται σε λευκό-καυτό πλάσμα. Στη συνέχεια, όταν η μαύρη τρύπα καταβροχθίσει αυτή την ύλη (είτε σε drabs και drabs είτε σε ξαφνικές εκρήξεις), η ενέργεια εκτοξεύεται πίσω στον γαλαξία σε μια διαδικασία ανάδρασης. «Όταν αναπτύσσετε μια μαύρη τρύπα, παράγετε ενέργεια και την απορρίπτετε στο περιβάλλον πιο αποτελεσματικά από οποιαδήποτε άλλη διαδικασία που γνωρίζουμε στη φύση», είπε. Έλιοτ Κουτάερτ, θεωρητικός αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Πρίνστον. Αυτή η ανάδραση επηρεάζει τους ρυθμούς σχηματισμού αστεριών και τα μοτίβα ροής αερίων σε όλο τον γαλαξία.
Αλλά οι ερευνητές έχουν μόνο ασαφείς ιδέες για τα «ενεργά» επεισόδια των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών, τα οποία τις μετατρέπουν σε λεγόμενους ενεργούς γαλαξιακούς πυρήνες (AGNs). «Ποιος είναι ο μηχανισμός ενεργοποίησης; Τι είναι ο διακόπτης απενεργοποίησης; Αυτά είναι τα θεμελιώδη ερωτήματα στα οποία προσπαθούμε ακόμα να βρούμε», είπε Κίρστεν Χολ του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian.
Η αστρική ανάδραση, η οποία συμβαίνει όταν ένα αστέρι εκρήγνυται ως σουπερνόβα, είναι γνωστό ότι έχει παρόμοια αποτελέσματα με την ανάδραση AGN σε μικρότερη κλίμακα. Αυτοί οι αστρικοί κινητήρες είναι εύκολα αρκετά μεγάλοι για να ρυθμίζουν μικρούς «νάνους» γαλαξίες, ενώ μόνο οι γιγάντιες μηχανές των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών μπορούν να κυριαρχήσουν στην εξέλιξη των μεγαλύτερων «ελλειπτικών» γαλαξιών.
Ως προς το μέγεθος, ο Γαλαξίας, ένας τυπικός σπειροειδής γαλαξίας, βρίσκεται στη μέση. Με ελάχιστα εμφανή σημάδια δραστηριότητας στο κέντρο του, ο γαλαξίας μας πιστευόταν από καιρό ότι κυριαρχείται από αστρική ανάδραση. Αλλά αρκετές πρόσφατες παρατηρήσεις υποδηλώνουν ότι η ανατροφοδότηση AGN το διαμορφώνει επίσης. Μελετώντας τις λεπτομέρειες της αλληλεπίδρασης μεταξύ αυτών των μηχανισμών ανάδρασης στον εγχώριο γαλαξία μας - και παλεύοντας με γρίφους όπως το σημερινό θαμπό του Τοξότη Α* - οι αστροφυσικοί ελπίζουν να καταλάβουν πώς συνεξελίσσονται γενικά οι γαλαξίες και οι μαύρες τρύπες. Ο Γαλαξίας «γίνεται το πιο ισχυρό αστροφυσικό εργαστήριο», είπε ο Ναταρατζάν. Χρησιμοποιώντας ως μικρόκοσμος, «μπορεί να κρατά το κλειδί».
Γαλαξιακές μηχανές
Μέχρι τα τέλη της δεκαετίας του 1990, οι αστρονόμοι αποδέχονταν γενικά την παρουσία μαύρων οπών στα κέντρα των γαλαξιών. Μέχρι τότε μπορούσαν να δουν αρκετά κοντά σε αυτά τα αόρατα αντικείμενα ώστε να συμπεράνουν τη μάζα τους από τις κινήσεις των αστεριών γύρω τους. ΕΝΑ προέκυψε περίεργος συσχετισμός: Όσο πιο μαζικός είναι ένας γαλαξίας, τόσο πιο βαριά είναι η κεντρική του μαύρη τρύπα. «Αυτό ήταν ιδιαίτερα σφιχτό και ήταν εντελώς επαναστατικό. Κατά κάποιο τρόπο η μαύρη τρύπα μιλάει στον γαλαξία», είπε Τιζιάνα Ντι Ματέο, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Carnegie Mellon.
Η συσχέτιση προκαλεί έκπληξη αν σκεφτεί κανείς ότι η μαύρη τρύπα - όσο μεγάλη είναι - είναι ένα μικρό κλάσμα του μεγέθους του γαλαξία. (Ο Τοξότης Α* ζυγίζει περίπου 4 εκατομμύρια ήλιους, για παράδειγμα, ενώ ο Γαλαξίας μετρά περίπου 1.5 τρισεκατομμύρια ηλιακές μάζες.) Εξαιτίας αυτού, η βαρύτητα της μαύρης τρύπας έλκει με οποιαδήποτε δύναμη μόνο την πιο εσωτερική περιοχή του γαλαξία.
Στον Martin Rees, τον Βασιλικό αστρονόμο του Ηνωμένου Βασιλείου, η ανατροφοδότηση του AGN προσέφερε έναν φυσικό τρόπο σύνδεσης της σχετικά μικροσκοπικής μαύρης τρύπας με τον γενικό γαλαξία. Δύο δεκαετίες νωρίτερα, στη δεκαετία του 1970, ο Rees υπέθεσε σωστά ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες τροφοδοτούν τους φωτεινούς πίδακες παρατηρήθηκε σε μερικούς μακρινούς, λαμπερούς γαλαξίες που ονομάζονται κβάζαρ. Αυτός μάλιστα προτείνεται, μαζί με τον Donald Lynden-Bell, ότι μια μαύρη τρύπα θα εξηγούσε γιατί το κέντρο του Γαλαξία λάμπει. Θα μπορούσαν αυτά να είναι σημάδια ενός γενικού φαινομένου που διέπει το μέγεθος των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών παντού;
Η ιδέα ήταν ότι όσο περισσότερη ύλη καταπίνει μια μαύρη τρύπα, τόσο πιο φωτεινή γίνεται και η αυξημένη ενέργεια και ορμή φυσά αέριο προς τα έξω. Τελικά, η πίεση προς τα έξω εμποδίζει το αέριο να πέσει στη μαύρη τρύπα. «Αυτό θα τερματίσει την ανάπτυξη. Με κυματιστό τρόπο, αυτό ήταν το σκεπτικό», είπε ο Ρις. Ή, σύμφωνα με τα λόγια του Ντι Ματέο, «η μαύρη τρύπα τρώει και μετά καταπίνει». Ένας πολύ μεγάλος γαλαξίας βάζει περισσότερο βάρος στην κεντρική μαύρη τρύπα, καθιστώντας δυσκολότερη την εκτόξευση αερίου προς τα έξω, και έτσι η μαύρη τρύπα μεγαλώνει πριν καταπιεί.
Ωστόσο, λίγοι αστροφυσικοί ήταν πεπεισμένοι ότι η ενέργεια της ύλης που πέφτει θα μπορούσε να εκτιναχθεί με τόσο δραματικό τρόπο. «Όταν έκανα τη διατριβή μου, όλοι είχαμε εμμονή με τις μαύρες τρύπες ως σημείο χωρίς επιστροφή - απλώς εισέρχονταν αέριο», είπε ο Natarajan, ο οποίος βοήθησε στην ανάπτυξη των πρώτων μοντέλων ανάδρασης AGN ως μεταπτυχιακός φοιτητής του Rees. «Όλοι έπρεπε να το κάνουν πολύ προσεκτικά και επιμελώς καθώς ήταν τόσο ριζοσπαστικό».
Η επιβεβαίωση της ιδέας ανατροφοδότησης ήρθε λίγα χρόνια αργότερα, από προσομοιώσεις υπολογιστή που αναπτύχθηκαν από τον Di Matteo και τους αστροφυσικούς Φόλκερ Σπρίνγκελ και Λαρς Χέρνκουιστ. «Θέλαμε να αναπαράγουμε τον εκπληκτικό ζωολογικό κήπο των γαλαξιών που βλέπουμε στο πραγματικό σύμπαν», είπε ο Di Matteo. Ήξεραν τη βασική εικόνα: Οι γαλαξίες ξεκινούν μικροί και πυκνοί στο πρώιμο σύμπαν. Τυλίξτε το ρολόι προς τα εμπρός και η βαρύτητα συντρίβει αυτούς τους νάνους μαζί σε μια φλόγα εντυπωσιακών συγχωνεύσεων, σχηματίζοντας δαχτυλίδια, υδρομασάζ, πούρα και κάθε σχήμα ενδιάμεσα. Οι γαλαξίες μεγαλώνουν σε μέγεθος και ποικιλία μέχρι, μετά από αρκετές συγκρούσεις, να γίνουν μεγάλοι και ομαλοί. «Καταλήγει σε μια σταγόνα», είπε ο Ντι Ματέο. Στις προσομοιώσεις, αυτή και οι συνάδελφοί της μπορούσαν να δημιουργήσουν εκ νέου αυτές τις μεγάλες άχαρες σταγόνες, που ονομάζονται ελλειπτικοί γαλαξίες, συγχωνεύοντας σπειροειδείς γαλαξίες πολλές φορές. Αλλά υπήρχε ένα πρόβλημα.
Ενώ οι σπειροειδείς γαλαξίες όπως ο Γαλαξίας έχουν πολλά νεαρά αστέρια που λάμπουν μπλε, οι γιγάντιοι ελλειπτικοί γαλαξίες περιέχουν μόνο πολύ παλιά αστέρια που φωσφορίζουν κόκκινο. «Είναι κόκκινα και νεκρά», είπε ο Σπρίνγκελ, του Ινστιτούτου Αστροφυσικής Max Planck στο Garching της Γερμανίας. Αλλά κάθε φορά που η ομάδα έτρεχε την προσομοίωση της, έφτυνε ελλειπτικά που έλαμπαν μπλε. Οτιδήποτε απενεργοποίησε τον σχηματισμό αστεριών δεν είχε αποτυπωθεί στο μοντέλο του υπολογιστή τους.
Στη συνέχεια, ο Σπρίνγκελ είπε, «είχαμε την ιδέα να αυξήσουμε τις συγχωνεύσεις των γαλαξιών μας με υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στο κέντρο. Αφήνουμε αυτές τις μαύρες τρύπες να καταπιούν αέριο και να απελευθερώνουν ενέργεια μέχρι να διαλυθεί όλο το πράγμα, σαν χύτρα ταχύτητας. Ξαφνικά, ο ελλειπτικός γαλαξίας θα σταματούσε τον σχηματισμό άστρων και θα γινόταν κόκκινος και νεκρός».
«Μου έπεσε το σαγόνι», πρόσθεσε. «Δεν περιμέναμε [το αποτέλεσμα] να είναι τόσο ακραίο».
Με την αναπαραγωγή κόκκινων και νεκρών ελλειπτικών, η προσομοίωση ενίσχυσε τις θεωρίες ανατροφοδότησης της μαύρης τρύπας των Rees και Natarajan. Μια μαύρη τρύπα, παρά το σχετικά μικροσκοπικό μέγεθός της, μπορεί να μιλήσει στον γαλαξία ως σύνολο μέσω ανατροφοδότησης. Τις τελευταίες δύο δεκαετίες, τα μοντέλα υπολογιστών έχουν τελειοποιηθεί και επεκταθεί για να προσομοιώνουν μεγάλες επιφάνειες του σύμπαντος και ταιριάζουν σε μεγάλο βαθμό με τον εκλεκτικό ζωολογικό κήπο των γαλαξιών που βλέπουμε γύρω μας. Αυτές οι προσομοιώσεις δείχνουν επίσης ότι η εκτοξευόμενη ενέργεια από τις μαύρες τρύπες γεμίζει το χώρο μεταξύ των γαλαξιών με ζεστό αέριο που διαφορετικά θα έπρεπε να έχει ήδη ψυχθεί και να έχει μετατραπεί σε αστέρια. «Οι άνθρωποι είναι πλέον πεπεισμένοι ότι οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες είναι πολύ εύλογοι κινητήρες», είπε ο Σπρίνγκελ. «Κανείς δεν έχει βρει ένα επιτυχημένο μοντέλο χωρίς μαύρες τρύπες».
Μυστήρια Ανατροφοδότησης
Ωστόσο, οι προσομοιώσεις υπολογιστή εξακολουθούν να είναι εκπληκτικά αμβλύ.
Καθώς η ύλη σέρνεται προς τα μέσα στον δίσκο προσαύξησης γύρω από μια μαύρη τρύπα, η τριβή προκαλεί την ώθηση της ενέργειας πίσω προς τα έξω. Η ποσότητα ενέργειας που χάνεται με αυτόν τον τρόπο είναι κάτι που οι κωδικοποιητές βάζουν στις προσομοιώσεις τους με το χέρι μέσω δοκιμής και λάθους. Είναι σημάδι ότι οι λεπτομέρειες είναι ακόμα άπιαστες. "Υπάρχει πιθανότητα σε ορισμένες περιπτώσεις να λάβουμε τη σωστή απάντηση για λάθος λόγο", δήλωσε ο Quataert. «Ίσως δεν καταγράφουμε αυτό που είναι στην πραγματικότητα το πιο σημαντικό για το πώς αναπτύσσονται οι μαύρες τρύπες και πώς απορρίπτουν ενέργεια στο περιβάλλον τους».
Η αλήθεια είναι ότι οι αστροφυσικοί δεν γνωρίζουν πραγματικά πώς λειτουργεί η ανάδραση AGN. «Ξέρουμε πόσο σημαντικό είναι. Αλλά μας διαφεύγει ακριβώς αυτό που προκαλεί αυτή την ανατροφοδότηση», είπε ο Ντι Ματέο. «Το βασικό, βασικό πρόβλημα είναι ότι δεν καταλαβαίνουμε τα σχόλια βαθιά, φυσικά».
Γνωρίζουν ότι κάποια ενέργεια εκπέμπεται ως ακτινοβολία, η οποία δίνει στα κέντρα των ενεργών γαλαξιών τη χαρακτηριστική φωτεινή λάμψη τους. Τα ισχυρά μαγνητικά πεδία αναγκάζουν την ύλη να πετάξει έξω από τον δίσκο προσαύξησης, είτε ως διάχυτοι γαλαξιακές άνεμοι είτε σε ισχυρούς στενούς πίδακες. Ο μηχανισμός με τον οποίο πιστεύεται ότι οι μαύρες τρύπες εκτοξεύουν πίδακες, ονομάζεται Διαδικασία Blandford-Znajek, εντοπίστηκε τη δεκαετία του 1970, αλλά αυτό που καθορίζει την ισχύ της δέσμης και πόσο από την ενέργειά της απορροφάται από τον γαλαξία, είναι «ακόμα ένα ανοιχτό άλυτο πρόβλημα», είπε ο Narayan. Ο γαλαξιακός άνεμος, ο οποίος εκπέμπεται σφαιρικά από τον δίσκο προσαύξησης και έτσι τείνει να αλληλεπιδρά πιο άμεσα με τον γαλαξία από τους στενούς πίδακες, είναι ακόμη πιο μυστηριώδης. «Το ερώτημα των δισεκατομμυρίων δολαρίων είναι: Πώς συνδέεται η ενέργεια με το αέριο;» είπε η Σπρίνγκελ.
Ένα σημάδι ότι εξακολουθεί να υπάρχει πρόβλημα είναι ότι οι μαύρες τρύπες σε κοσμολογικές προσομοιώσεις τελευταίας τεχνολογίας καταλήγουν μικρότερος από τα παρατηρούμενα μεγέθη πραγματικών υπερμεγέθων μαύρων τρυπών σε ορισμένα συστήματα. Για να απενεργοποιηθεί ο σχηματισμός άστρων και να δημιουργηθούν κόκκινοι και νεκροί γαλαξίες, οι προσομοιώσεις χρειάζονται μαύρες τρύπες για να εκτοξεύουν τόση ενέργεια που να πνίγουν την εσωτερική ροή της ύλης, έτσι ώστε οι μαύρες τρύπες να σταματήσουν να αναπτύσσονται. «Η ανατροφοδότηση στις προσομοιώσεις είναι πολύ επιθετική. εμποδίζει την ανάπτυξη πρόωρα», είπε ο Natarajan.
Ο Γαλαξίας αποτελεί παράδειγμα του αντίθετου προβλήματος: Οι προσομοιώσεις συνήθως προβλέπουν ότι ένας γαλαξίας του μεγέθους του θα πρέπει να έχει μια μαύρη τρύπα μεταξύ τριών και δέκα φορές μεγαλύτερη από τον Τοξότη Α*.
Ρίχνοντας μια πιο προσεκτική ματιά στον Γαλαξία και τους κοντινούς γαλαξίες, οι ερευνητές ελπίζουν ότι μπορούμε να αρχίσουμε να αποκαλύπτουμε ακριβώς πώς λειτουργεί η ανάδραση AGN.
Οικοσύστημα Milky Way
Τον Δεκέμβριο του 2020, ερευνητές με το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ eROSITA ανέφεραν ότι είχαν εντόπισε ένα ζευγάρι φυσαλίδες εκτείνεται δεκάδες χιλιάδες έτη φωτός πάνω και κάτω από τον Γαλαξία. Οι τεράστιες φυσαλίδες ακτίνων Χ έμοιαζαν με εξίσου συγκλονιστικές φυσαλίδες ακτίνων γάμμα που, 10 χρόνια νωρίτερα, το διαστημικό τηλεσκόπιο ακτίνων γάμμα Fermi ανίχνευσε να προέρχονται από τον γαλαξία.
Δύο θεωρίες προέλευσης των φυσαλίδων Fermi ήταν ακόμα υπό έντονη συζήτηση. Μερικοί αστροφυσικοί πρότειναν ότι ήταν ένα λείψανο ενός πίδακα που εκτοξεύτηκε από τον Τοξότη Α* πριν από εκατομμύρια χρόνια. Άλλοι νόμιζαν ότι οι φυσαλίδες ήταν η συσσωρευμένη ενέργεια πολλών αστεριών που εκρήγνυνται κοντά στο γαλαξιακό κέντρο - ένα είδος αστρικής ανάδρασης.
Όταν Hsiang-Yi Karen Yang του Εθνικού Πανεπιστημίου Tsing Hua στην Ταϊβάν είδε την εικόνα των φυσαλίδων ακτίνων Χ eROSITA, «άρχισε να πηδά πάνω-κάτω». Ήταν σαφές στον Yang ότι οι ακτίνες Χ θα μπορούσαν να έχουν κοινή προέλευση με τις ακτίνες γάμμα εάν και οι δύο δημιουργήθηκαν από τον ίδιο πίδακα AGN. (Οι ακτίνες Χ θα προέρχονταν από συγκλονισμένο αέριο στον Γαλαξία μας παρά από τον ίδιο τον πίδακα.) Μαζί με τους συγγραφείς Έλεν Τσβάιμπελ και Ματέους Ρουζκόφσκι, ξεκίνησε να κατασκευάζει ένα μοντέλο υπολογιστή. Τα αποτελέσματα, δημοσιευτηκε σε Αστροφυσική της Φύσης αυτή την περασμένη άνοιξη, όχι μόνο αντιγράφουν το σχήμα των παρατηρούμενων φυσαλίδων και ένα φωτεινό μέτωπο κρούσης, αλλά προβλέπουν ότι σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια 2.6 εκατομμυρίων ετών (επεκτείνονται προς τα έξω από έναν πίδακα που ήταν ενεργός για 100,000 χρόνια) — πολύ γρήγορα για να γίνει εξηγείται από την αστρική ανατροφοδότηση.
Το εύρημα υποδηλώνει ότι η ανάδραση AGN μπορεί να είναι πολύ πιο σημαντική σε γαλαξίες δίσκων που τρέχουν στο μύλο όπως ο Γαλαξίας από ό,τι πίστευαν οι ερευνητές. Η εικόνα που αναδύεται είναι παρόμοια με αυτή ενός οικοσυστήματος, είπε ο Yang, όπου το AGN και η αστρική ανάδραση είναι συνυφασμένα με το διάχυτο, καυτό αέριο που περιβάλλει τους γαλαξίες, που ονομάζεται περιγαλαξιακό μέσο. Διαφορετικά εφέ και μοτίβα ροής θα κυριαρχούν σε διαφορετικούς τύπους γαλαξιών και σε διαφορετικούς χρόνους.
Μια μελέτη περίπτωσης του παρελθόντος και του παρόντος του Γαλαξία θα μπορούσε να αποκαλύψει την αλληλεπίδραση αυτών των διαδικασιών. Το διαστημικό τηλεσκόπιο Gaia της Ευρώπης, για παράδειγμα, έχει χαρτογραφήσει τις ακριβείς θέσεις και κινήσεις εκατομμυρίων αστεριών του Γαλαξία, επιτρέποντας στους αστροφυσικούς να ανατρέξουν στην ιστορία των συγχωνεύσεών του με μικρότερους γαλαξίες. Τέτοια γεγονότα συγχώνευσης έχουν υποτεθεί ότι ενεργοποιούν υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες ανακινώντας την ύλη μέσα σε αυτές, προκαλώντας τους να φωτίζουν ξαφνικά και ακόμη και να εκτοξεύουν πίδακες. «Υπάρχει μεγάλη συζήτηση στο πεδίο για το εάν οι συγχωνεύσεις είναι σημαντικές ή όχι», δήλωσε ο Quataert. Τα δεδομένα του αστέρα της Γαίας προτείνει ότι ο Γαλαξίας δεν υποβλήθηκε σε συγχώνευση τη στιγμή που σχηματίστηκαν οι φυσαλίδες Fermi και eROSITA, δυσμενεύοντας τις συγχωνεύσεις ως πυροδοτήσεις του πίδακα AGN.
Εναλλακτικά, σταγόνες αερίου μπορεί απλώς να τύχει να συγκρουστούν με τη μαύρη τρύπα και να την ενεργοποιήσουν. Μπορεί να εναλλάσσεται χαοτικά μεταξύ του φαγητού, της εξαγωγής ενέργειας ως πίδακες και των γαλαξιακών ανέμων και της παύσης.
Η πρόσφατη εικόνα του Τοξότη Α* από το τηλεσκόπιο Event Horizon, η οποία αποκαλύπτει την τρέχουσα ροή της ύλης, παρουσιάζει ένα νέο παζλ προς επίλυση. Οι αστροφυσικοί γνώριζαν ήδη ότι δεν θα φτάσει όλο το αέριο που έλκεται σε έναν γαλαξία στον ορίζοντα της μαύρης τρύπας, καθώς οι γαλαξιακές άνεμοι πιέζουν προς τα έξω ενάντια σε αυτή τη ροή συσσώρευσης. Αλλά η ισχύς των ανέμων που απαιτείται για να εξηγήσει μια τέτοια εξαιρετικά κωνική ροή δεν είναι ρεαλιστική. "Όταν κάνω προσομοιώσεις, δεν βλέπω έναν τεράστιο άνεμο", είπε ο Narayan. "Δεν είναι το είδος του ανέμου που χρειάζεστε για μια πλήρη εξήγηση του τι συμβαίνει."
Ένθετες προσομοιώσεις
Μέρος της πρόκλησης για την κατανόηση του τρόπου λειτουργίας των γαλαξιών είναι η τεράστια διαφορά μεταξύ των κλιμάκων μήκους που παίζουν στα αστέρια και των μαύρων τρυπών και των κλίμακων ολόκληρων γαλαξιών και των γύρω τους. Κατά την προσομοίωση μιας φυσικής διαδικασίας σε έναν υπολογιστή, οι ερευνητές επιλέγουν μια κλίμακα και περιλαμβάνουν σχετικά αποτελέσματα σε αυτήν την κλίμακα. Αλλά στους γαλαξίες, τα μεγάλα και μικρά εφέ αλληλεπιδρούν.
«Η μαύρη τρύπα είναι πραγματικά μικροσκοπική, σε σύγκριση με τον μεγάλο γαλαξία, και δεν μπορείς να τις βάλεις όλες σε μια ενιαία τεράστια προσομοίωση», είπε ο Narayan. «Κάθε καθεστώς χρειάζεται πληροφορίες από το άλλο άτομο, αλλά δεν ξέρει πώς να κάνει τη σύνδεση».
Για να προσπαθήσουν να γεφυρώσουν αυτό το χάσμα, ο Narayan, ο Natarajan και οι συνεργάτες του ξεκινούν ένα έργο που θα χρησιμοποιεί ένθετες προσομοιώσεις για να δημιουργήσει ένα συνεκτικό μοντέλο του τρόπου με τον οποίο το αέριο ρέει μέσω του Γαλαξία και του κοντινού ενεργού γαλαξία Messier 87. «Επιτρέπετε να προέρχονται πληροφορίες από το γαλαξίας για να πει στη μαύρη τρύπα τι να κάνει, και μετά επιτρέπετε στις πληροφορίες από τη μαύρη τρύπα να επιστρέψουν και να πείτε στον γαλαξία τι να κάνει», είπε ο Narayan. «Είναι ένας βρόχος που γυρίζει και περιστρέφεται».
Οι προσομοιώσεις θα βοηθήσουν στην αποσαφήνιση του σχεδίου ροής του διάχυτου αερίου μέσα και γύρω από τους γαλαξίες. (Περαιτέρω παρατηρήσεις του περιγαλαξιακού μέσου από το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb θα βοηθήσουν επίσης.) "Αυτό είναι ένα κρίσιμο μέρος ολόκληρου αυτού του οικοσυστήματος", είπε ο Quataert. «Πώς κατεβάζεις το αέριο στη μαύρη τρύπα για να διώξεις όλη την ενέργεια που πηγαίνει πίσω;»
Είναι κρίσιμο, στο νέο σχήμα, όλες οι είσοδοι και οι έξοδοι μεταξύ προσομοιώσεων διαφορετικών κλιμάκων πρέπει να είναι συνεπείς, αφήνοντας λιγότερες επιλογές να περιστρέφονται. «Εάν η προσομοίωση ρυθμιστεί σωστά, θα αποφασίσει με συνέπεια πόσο αέριο θα φτάσει στη μαύρη τρύπα», είπε ο Narayan. «Μπορούμε να το εξετάσουμε και να ρωτήσουμε: Γιατί δεν έφαγε όλο το αέριο; Γιατί ήταν τόσο φασαριόζικο και έπαιρνε τόσο λίγο από το διαθέσιμο αέριο;» Η ομάδα ελπίζει να δημιουργήσει μια σειρά από στιγμιότυπα των γαλαξιών κατά τη διάρκεια διαφορετικών φάσεων της εξέλιξής τους.
Προς το παρόν, πολλά σχετικά με αυτά τα γαλαξιακά οικοσυστήματα εξακολουθούν να είναι ένα προαίσθημα. «Είναι πραγματικά μια νέα εποχή, όπου οι άνθρωποι αρχίζουν να σκέφτονται αυτά τα επικαλυπτόμενα σενάρια», είπε ο Yang. «Δεν έχω ξεκάθαρη απάντηση, αλλά ελπίζω ότι θα το κάνω σε λίγα χρόνια».
Σημείωση του συντάκτη: Η Priya Natarajan υπηρετεί επί του παρόντος στο επιστημονικό συμβουλευτικό συμβούλιο της Quanta.
