Supermassive Schwarze Löcher im Herzen von Galaxien können heiße, turbulente Gaswellen durch den Kosmos sprengen und Galaxienhaufen mit ihrer Hitze am Leben erhalten.
Und zum ersten Mal glauben Astrophysiker, diese Turbulenzen in Aktion gesehen zu haben.
Wenn Sie in einen riesigen Galaxienhaufen blicken, sehen Sie, wie heißes Gas in seinem Kern wirbelt und den Raum zwischen Sternen und Galaxien ausfüllt. Aber dieses Gas hat ein Rätsel. Wie bleibt es so heiß? Einfache Modelle legen nahe, dass es viel schneller Energie verlieren sollte als es und dass die Schwerkraft die gesamte Wolke innerhalb von etwa einer Milliarde Jahren nach ihrer Entstehung zu Sternen zusammenbinden sollte. Diese Sterne würden wiederum ausbrennen und die Galaxie würde mit ihnen sterben. Astrophysiker nennen diesen Prozess "katastrophale Abkühlung". Das passiert aber nicht.
Es stellte sich heraus, dass Forscher 2005 eine teilweise Erklärung dafür fanden, warum nicht. Sie fanden Blasen, die sich in diesen dichten Gaswolken bildeten, riesige Hohlräume im Weltraum - einige so groß wie die Milchstraße. Diese riesigen Blasen bewegten sich von den supermassiven Schwarzen Löchern in den galaktischen Zentren weg und schienen wiederum, so die Forscher, eine katastrophale Abkühlung zu verhindern.
Die Frage blieb jedoch: Wie überträgt sich all diese Energie in das Gas um die Blasen herum? In einem neuen Artikel, der am 18. November in der arXiv-Datenbank veröffentlicht wurde (der Artikel hat den formalen Peer-Review-Prozess noch nicht durchlaufen), berichten Forscher über Hinweise auf Turbulenzen um die Blasen: Wirbel und Wirbel, die kleinere Wirbel und Wirbel abspinnen, die sich drehen noch kleinere Wirbel. Im Laufe der Zeit, so die Theorie, erreicht das chaotische Verhalten das mikroskopische Niveau, wo es sich als Wärme ableitet.
"Sie können sich die Blase als einen Löffel vorstellen, der den heißen Tee rührt", sagte der Studienleiter Yuan Li, Astrophysiker an der University of California in Berkeley, gegenüber Live Science.
Der Löffel erzeugt eine "Massenbewegung" des Tees, aber wenn Sie den Löffel herausziehen, werden Sie feststellen, dass sich in der Flüssigkeit kleinere Wirbel bilden, die noch kleinere Wirbel erzeugen. Wenn sich die Wirbel nicht mehr drehen, liegt das daran, dass sich ihre Energie in Wärme umgewandelt hat, sagte sie. In einer Tasse auf Ihrem Tisch ist die Heizung nicht sehr dramatisch; Sie würden Schwierigkeiten haben, Wasser zu kochen, indem Sie es nur umrühren. Die Energie der Blasen, die sich durch den Raum bewegen, ist jedoch viel intensiver, und es scheint, als würden Turbulenzen einen erheblichen Teil davon von kinetischer Energie in Wärme umwandeln.
Li und ihre Co-Autoren machten keine neuen Beobachtungen, um die Turbulenzen zu finden. Stattdessen entdeckten sie es in Daten, die bereits aus den Galaxienhaufen Perseus, Abell 2597 und Virgo verfügbar waren.
Filamente aus kühlerem Gas ziehen sich durch die Wolken in den Zentren dieser Galaxien, sagte Li. Diese unglaublich präzisen, hochauflösenden Daten ermöglichten es Li, eine Karte darüber zu erstellen, wie schnell sich das Gas an jedem Punkt bewegte und in welche Richtung.
Diese Wärmekarte zeigte ein klares Muster von Turbulenzen. "In einem Turbulenzmodus machen große Wirbel kleine Wirbel, die noch kleinere Wirbel machen. Sie haben eine schöne Kaskade", sagte Li.
Die "schöne Kaskade" schien sich im Zentrum jedes Galaxienhaufens zu zeigen.
"Das habe ich nicht erwartet, niemand hat das erwartet", sagte sie.
Selbst die kleinsten Wirbel hier sind in einem unvorstellbaren Ausmaß groß genug, um unser Sonnensystem leicht zu verschlucken. Immerhin, sagte Li, finden sie in einer Menge dichter "Mülleimer voller Galaxien" statt. Brian McNamara, Hauptautor des Nature-Papiers von 2005, der zuerst vorschlug, dass die Blasen diese Gase erwärmen könnten, sagte, dass er den neuen Befund faszinierend fand, aber Vorbehalte hatte.
"Es ist alles sehr interessant. Aber es ist für mich nicht schlüssig. Ich bin nicht ganz überzeugt", sagte McNamara gegenüber Live Science. McNamara, Vorsitzender des Fachbereichs Physik und Astronomie an der kanadischen Universität von Waterloo, sagte, das wichtigste Problem sei, dass die Kaskaden, die Li und Kollegen gefunden haben, nicht ganz den Erwartungen entsprechen, die man allein von Turbulenzen erwarten würde. Dies deutet darauf hin, dass andere Effekte am Werk sein könnten, schrieben die Autoren der Studie, oder dass es eine unbekannte Physik gibt, die das Verhalten von Turbulenzen unter diesen extremen Bedingungen regelt.
McNamara fragte sich auch, ob die Forscher die Auswirkungen anderer Arten von Bewegungen in den Gasen von echten Turbulenzen vollständig entwirrt hatten.
Er wies auch darauf hin, dass einige Theoretiker vermuten, dass Turbulenzen das Gas tatsächlich mehr kühlen als erhitzen könnten.
Alles in allem sei dies ein gutes Papier, an dem viele gute Forscher beteiligt seien.
"Ich denke nur, dass noch mehr Arbeit zu erledigen ist."
