Il est relativement facile pour les galaxies de faire des étoiles. Commencez avec un tas de gouttes aléatoires de gaz et de poussière. Généralement, ces gouttes seront assez chaudes. Pour les transformer en étoiles, il faut les refroidir. En rejetant toute leur chaleur sous forme de rayonnement, ils peuvent compresser. Décharger plus de chaleur, compresser davantage. Répétez pendant environ un million d'années.

Finalement, des morceaux du nuage de gaz rétrécissent et rétrécissent, se comprimant en petits nœuds serrés. Si les densités à l'intérieur de ces nœuds deviennent suffisamment élevées, ils déclenchent la fusion nucléaire et le tour est joué :les étoiles sont nées.

Quand on observe des galaxies massives, nous voyons d'énormes quantités de rayons X s'échapper de leurs noyaux. Ce rayonnement évacue naturellement la chaleur. Ce rayonnement refroidit naturellement les galaxies, surtout dans leurs noyaux. Donc, le gaz dans le noyau devrait se comprimer et rétrécir en volume. Le matériau environnant doit en prendre note et tomber derrière lui, se canaliser dans le noyau.

Et pas qu'un petit peu :jusqu'à mille masses solaires par an devraient s'effondrer dans les noyaux des galaxies les plus massives en se refroidissant, frais, frais.

Ce refroidissement et cette compression énormes devraient, de tous droits, déclencher des quantités massives de formation d'étoiles. Après tout, vous avez exactement les bonnes conditions :beaucoup de choses refroidies dans de minuscules petites poches.

Donc, dans ces galaxies avec des charges de sortie de rayons X, nous devrions voir des tonnes de nouvelles stars apparaître.

Nous ne le faisons pas.

C'est un problème.

Galaxies chaleureuses et douillettes

Quelque chose doit garder ces galaxies au chaud malgré la perte importante de chaleur due à leur émission de rayons X. Quelque chose doit empêcher le gaz de se comprimer complètement pour fabriquer des étoiles. Quelque chose doit garder la lumière des étoiles éteinte.

Comme pour la plupart des mystères de l'astronomie, il y a diverses idées, tous avec leurs propres forces et faiblesses, et aucun d'entre eux entièrement satisfaisant. La variété des mécanismes utilisés pour expliquer cette énigme comprend la rétroaction de supernova, de puissantes ondes de choc soufflées par des étoiles massives, les champs magnétiques se détraquent, et même en modifiant la forme même de la galaxie pour empêcher un refroidissement supplémentaire.

Les choses les plus faciles à blâmer sont peut-être les trous noirs supermassifs qui se trouvent au centre des galaxies. Au fur et à mesure que le gaz se refroidit et s'écoule vers l'intérieur, il s'attire vers le trou noir. L'énorme vortex aspirant de la gravité se nourrit avidement du gaz, le conduire plus bas. Mais avec tout ce gaz compressé dans un si petit volume, ça chauffe, énormément.

Parfois, si le mélange de forces magnétiques puissantes est parfait, des flux de gaz peuvent tourner autour du trou noir, évitant à peine l'oubli sous l'horizon des événements, vent et tourbillonne, finalement exploser hors de la région sous la forme d'un long, jet fin.

Ce jet transporte beaucoup d'énergie. Assez d'énergie pour chauffer tout le noyau de la galaxie, empêchant un refroidissement supplémentaire.

Si cela ne suffit pas, le rayonnement extrême émis par le gaz chaud intense lorsqu'il est poussé dans le gosier du trou noir peut exploser son environnement, fournissant plus qu'assez de chaleur pour arrêter - et même inverser - les flux de gaz froid.

Peut-être.

Un battement de coeur pourri

Ce scénario est définitivement attrayant, parce que c'est a) vraiment commun et b) vraiment puissant. À première vue, c'est un clincher parfait, mais naturel, comme d'habitude, comme une habitude de devenir méchant. Le problème, c'est que l'alimentation des trous noirs est un système incroyablement compliqué, avec toutes sortes de processus physiques se mélangeant, ce qui les rend difficiles à étudier.

Et, ne le saurais-tu pas, lorsque nous essayons de simuler ces scénarios sur un ordinateur, suivre la physique du mieux que l'on peut et au mieux de la comprendre, nous avons beaucoup de mal à amener les bonnes quantités d'énergie aux bons endroits. Parfois, les galaxies continuent de se refroidir. Parfois, ils explosent. Parfois, ils oscillent trop rapidement entre le chauffage et le refroidissement.

Bien que nous n'ayons pas encore une image complète et finale, les chercheurs s'assurent, si lent, progrès dans la compréhension de la relation entre les trous noirs géants et leurs galaxies hôtes. Dans un article récent, les scientifiques ont utilisé des simulations informatiques avancées pour essayer d'examiner cette image complète, incluant autant de détails physiques que possible.

Ils ont découvert que lorsqu'il s'agit de ces processus fantastiques mettant en vedette la puissance brute impressionnante de la nature à son plus brut, les subtilités comptent. Sûr, le rayonnement intense émis par le gaz entrant et les jets s'échappant de près de la surface mortelle des trous noirs jouent un rôle dans la régulation des températures des galaxies. Mais ils échouent souvent, en appliquant mal leurs énergies aux mauvais endroits ou aux mauvais moments.

La physique à la rescousse

Mais les radiations et les jets ne sont pas les seules choses entraînées par les trous noirs supermassifs centraux. Rayons cosmiques, de minuscules particules chargées voyageant près de la vitesse de la lumière, inonder les environs du maelström. Ils aident à transporter la chaleur à un bon équilibre, rythme soutenu, maintenir le rythme cardiaque de la galaxie à un rythme régulier.

En plus il y a de la bonne turbulence à l'ancienne, avec des ondes de choc roulantes et un mauvais tempérament général entraîné par les poussées au centre. Cette turbulence fait un excellent travail pour empêcher le gaz environnant de se refroidir complètement et d'éclater en formation d'étoiles.

Alors c'est ça, l'histoire complète ? Bien sûr que non. Les galaxies vivent, créatures qui respirent, avec d'énormes moteurs de gravité entraînant leurs cœurs, et des flux de gaz entrelacés façonnés par des forces puissantes – et parfois exotiques. C'est un problème difficile à étudier, mais fascinant, car en précisant la relation entre les galaxies et leurs trous noirs, tel que communiqué par les flux et les perturbations du gaz froid, nous pouvons essayer de débloquer l'histoire de l'évolution de la galaxie elle-même.