Supermasywne czarne dziury w sercach galaktyk mogą wybuchać gorącymi, burzliwymi falami gazu przez kosmos, utrzymując gromady galaktyk przy pomocy ich ciepła.
I po raz pierwszy astrofizycy uważają, że widzieli te turbulencje w akcji.
Zajrzyj do ogromnej gromady galaktyk, a zobaczysz wirujący gorący gaz w jego jądrze, wypełniający przestrzeń między gwiazdami i galaktykami. Ale jest tajemnica tego gazu. Jak to jest tak gorąco? Proste modele sugerują, że powinna ona tracić energię znacznie szybciej niż ona, a grawitacja powinna zacząć wiązać całą chmurę razem w gwiazdy w ciągu około miliarda lat od jej powstania. Te gwiazdy z kolei wypalą się, a galaktyka umrze wraz z nimi. Astrofizycy nazywają ten proces „katastrofalnym chłodzeniem”. Ale tak się nie dzieje.
Okazuje się, że w 2005 roku naukowcy znaleźli częściowe wyjaśnienie, dlaczego nie. Znaleźli bąbelki tworzące się w gęstych obłokach gazu, gigantyczne wnęki w przestrzeni - niektóre tak duże jak Droga Mleczna. Te gigantyczne bąbelki oddalały się od supermasywnych czarnych dziur w centrach galaktycznych, a z kolei, jak napisali naukowcy, wydawało się, że zapobiegają katastrofalnemu chłodzeniu.
Pozostało jednak pytanie: w jaki sposób cała ta energia przenosi się do gazu wokół bąbelków? W nowym artykule, opublikowanym w bazie danych arXiv, 18 listopada (artykuł nie przeszedł jeszcze formalnego procesu recenzowania), badacze zgłaszają dowody turbulencji wokół bąbelków: wiry i wiry, które wydzielają mniejsze wiry i wiry, które wirują jeszcze mniejsze zawirowania. Z biegiem czasu pojawia się teoria, że chaotyczne zachowanie osiąga poziom mikroskopowy, gdzie rozprasza się w postaci ciepła.
„Możesz wyobrazić sobie bańkę jako łyżkę, która miesza gorącą herbatę” - powiedział Live Science autor prowadzący badanie, Yuan Li, astrofizyk z University of California w Berkeley.
Łyżka tworzy „ruch luzem” herbaty, ale wyciągnij łyżkę, a zauważysz mniejsze zawirowania tworzące się w cieczy, które tworzą jeszcze mniejsze wiry. Powiedziała, że kiedy wiry przestają wirować, dzieje się tak dlatego, że ich energia zamieniła się w ciepło. W kubku na stole ogrzewanie nie jest bardzo dramatyczne; walczyłbyś z gotowaniem wody tylko przez mieszanie. Ale energia bąbelków poruszających się w przestrzeni jest znacznie bardziej intensywna i wydaje się, że turbulencja przekształca znaczną jej część z energii kinetycznej w ciepło.
Li i jej współautorzy nie dokonali żadnych nowych obserwacji w celu znalezienia turbulencji. Zamiast tego zauważyli to w danych już dostępnych z gromad galaktyk Perseusza, Abell 2597 i Panny.
Li powiedział, że nitki chłodniejszego gazu przechodzą przez chmury w centrach tych galaktyk. Te niewiarygodnie precyzyjne dane o wysokiej rozdzielczości pozwoliły Li stworzyć mapę prędkości gazu w każdym punkcie i w jakim kierunku.
Ta mapa temperatur pokazała wyraźny wzór turbulencji. „W trybie turbulencji są duże wiry, które robią małe wiry, tworząc jeszcze mniejsze wiry. Masz piękną kaskadę” - powiedziała Li.
„Piękna kaskada” pojawiła się w centrum każdej gromady galaktyk.
„Nie spodziewałam się tego, nikt się tego nie spodziewał” - powiedziała.
Nawet najmniejsze wiry tutaj są w niewyobrażalnej skali, wystarczająco duże, aby łatwo połknąć nasz Układ Słoneczny. W końcu Li powiedział, że mają one miejsce w gęstych „koszach pełnych galaktyk”. Brian McNamara, główny autor artykułu Nature z 2005 roku, który jako pierwszy zasugerował, że bąbelki mogą rozgrzewać te gazy, powiedział, że nowe odkrycie jest fascynujące, ale ma zastrzeżenia.
„To wszystko jest bardzo interesujące. Ale nie jest to dla mnie rozstrzygające. Nie jestem do końca przekonany” - powiedział McNamara Live Science. McNamara, który jest przewodniczącym Wydziału Fizyki i Astronomii na kanadyjskim Uniwersytecie Waterloo, powiedział, że najważniejszą kwestią jest to, że znalezione kaskady Li i koledzy nie pasują do tego, czego można oczekiwać od samych turbulencji. Sugeruje to, że inne efekty mogą działać, pisali autorzy badania, a może istnieje jakaś nieznana fizyka rządząca zachowaniem turbulencji w tych ekstremalnych warunkach.
McNamara zastanawiał się również, czy naukowcy całkowicie rozplątywali skutki innych rodzajów ruchów w gazach z prawdziwych turbulencji.
Zwrócił także uwagę, że niektórzy teoretycy podejrzewają, że turbulencje mogą faktycznie ochłodzić gaz bardziej niż go ogrzewa.
Wszystko, co powiedział, dodał, to dobry artykuł z udziałem wielu dobrych badaczy.
„Myślę, że jest jeszcze wiele do zrobienia”.
