Det är relativt lätt för galaxer att göra stjärnor. Börja med ett gäng slumpmässiga gas- och dammklumpar. Vanligtvis kommer dessa blobbar att vara ganska varma. För att förvandla dem till stjärnor, du måste kyla av dem. Genom att dumpa all sin värme i form av strålning, de kan komprimera. Tappa mer värme, komprimera mer. Upprepa i en miljon år eller så.

Så småningom krymper och krymper bitar av gasmolnet, komprimerar sig själva till en snäv liten knutar. Om tätheterna inuti dessa knutar blir tillräckligt höga, de utlöser kärnfusion och voila:stjärnor föds.

När vi observerar massiva galaxer, vi ser enorma mängder röntgenstrålning spränga bort från deras kärnor. Denna strålning leder naturligt bort värme. Denna strålning kyler naturligt ner galaxerna, speciellt i deras kärnor. Så, gasen i kärnan bör vara komprimerande och krympande i volym. Det omgivande materialet bör lägga märke till det och falla in bakom det, kanalar sig in i kärnan.

Och inte bara en liten bit:så mycket som tusen solmassor per år borde kollapsa in i kärnorna i de mest massiva galaxerna när de svalnar, Häftigt, Häftigt.

Denna enorma kylning och komprimering bör, med alla rättigheter, utlösa enorma mängder stjärnbildning. Trots allt, du har exakt rätt förutsättningar:massor av saker kyls ner i små små fickor.

Så i dessa galaxer med massor av röntgenstrålning, vi borde se massor av nya stjärnor dyka upp.

Det gör vi inte.

Det är ett problem.

Varma och mysiga galaxer

Något måste hålla dessa galaxer varma trots den stora värmeförlusten från deras röntgenstrålning. Något måste stoppa gasen från att komprimeras hela vägen ner för att tillverka stjärnor. Något måste hålla stjärnljuset nere.

Som med de flesta mysterier inom astronomi, det finns olika idéer, alla med sina egna styrkor och svagheter, och ingen av dem är helt tillfredsställande. Mångfalden av mekanismer som används för att förklara denna gåta inkluderar supernovafeedback, kraftfulla chockvågor som blåses ut av massiva stjärnor, magnetiska fält som går till spillo, och till och med ändra själva formen på galaxen för att förhindra ytterligare nedkylning.

Det kanske enklaste att skylla på är de supermassiva svarta hålen som sitter i mitten av galaxerna. När gasen svalnar och strömmar inåt, den drar sig till det svarta hålet. Tyngdkraftens massiva sugande virvel matar hungrigt av gasen, kör den längre ner. Men med all den gasen som komprimeras till en så liten volym, det värmer, oerhört.

Ibland, om blandningen av starka magnetiska krafter är helt rätt, gasströmmar kan snurra runt det svarta hålet, undviker knappt glömskan under händelsehorisonten, vind och virvlar runt, så småningom sprängning ut ur regionen i form av en lång, tunn stråle.

Denna jet bär mycket energi. Tillräckligt med energi för att värma upp hela kärnan i galaxen, förhindra ytterligare kylning.

Om det inte är tillräckligt bra, den extrema strålningen som sänds ut av den intensiva heta gasen när den trycks ner i det svarta hålet kan spränga iväg mot dess omgivning, ger mer än tillräckligt med värme för att stoppa – och till och med vända – flödena av kall gas.

Kanske.

Ett ruttet hjärtslag

Detta scenario är definitivt tilltalande, eftersom det är a) riktigt vanligt och b) riktigt kraftfullt. Vid första anblicken är det en perfekt clincher, men naturen, som vanligt, som en vana att bli otäck. Problemet är att matning av svarta hål är fantastiskt komplicerade system, med alla möjliga fysiska processer som blandas ihop, vilket gör dem svåra att studera.

Och, skulle du inte veta det, när vi försöker simulera dessa scenarier på en dator, följa fysiken så gott vi kan och så gott vi förstår, vi har mycket problem med att få in rätt mängder energi på rätt ställen. Ibland fortsätter galaxerna bara att svalna. Ibland sprängs de. Ibland fluktuerar de fram och tillbaka mellan uppvärmning och kylning för snabbt.

Även om vi inte har en fullständig och slutgiltig bild ännu, forskare gör stadiga, om långsamt, framsteg i att förstå förhållandet mellan gigantiska svarta hål och deras värdgalaxer. I en färsk tidning, forskare använde avancerade datorsimuleringar för att försöka undersöka hela bilden, inklusive så mycket av den detaljerade fysiken som möjligt.

De upptäckte att när det kommer till dessa fantastiska processer som visar naturens fantastiska råa kraft när den är som råast, finesser spelar roll. Säker, den intensiva strålningen som avges av den infallande gasen och strålarna som flyr från de svarta hålens dödliga yta spelar en roll för att reglera galaxernas temperatur. Men de misslyckas ofta, felanvänder sin energi på fel platser eller fel tider.

Fysik till räddningen

Men strålning och jetstrålar är inte det enda som drivs av de centrala supermassiva svarta hålen. Kosmiska strålar, små laddade partiklar som färdas nära ljusets hastighet, översvämma malströmmens närhet. De hjälper till att transportera värme vid en trevlig jämn, jämn takt, hålla galaxens hjärtslag i regelbunden rytm.

Plus att det är gammaldags turbulens, med rullande chockvågor och allmänt dåligt temperament som drivs av blossarna i centrum. Denna turbulens gör bara ett bra jobb med att förhindra att omgivande gas svalnar helt och brister i stjärnbildning.

Så är det här, hela historien? Självklart inte. Galaxer lever, andande varelser, med massiva gravitationsmotorer som driver deras hjärtan, och sammanflätade gasflöden formade av kraftfulla – och ibland exotiska – krafter. Det är ett tufft problem att studera, men en fascinerande sådan, eftersom genom att fastställa förhållandet mellan galaxer och deras svarta hål, som kommuniceras genom flöden och störningar av kall gas, vi kan försöka låsa upp historien om själva galaxens evolution.