Superzware zwarte gaten in de harten van sterrenstelsels kunnen hete, turbulente gasgolven door de kosmos blazen, waardoor clusters van sterrenstelsels in leven blijven met hun hitte.
En voor het eerst geloven astrofysici dat ze die turbulentie in actie hebben gezien.
Kijk in een enorme cluster van sterrenstelsels en je zult zien dat heet gas in de kern wervelt en de ruimte tussen sterren en sterrenstelsels vult. Maar er is een mysterie over dit gas. Hoe blijft het zo warm? Eenvoudige modellen suggereren dat het veel sneller energie zou verliezen dan dat het zou doen, en dat de zwaartekracht de hele wolk binnen ongeveer een miljard jaar na de vorming ervan in sterren zou moeten binden. Die sterren zouden op hun beurt uitbranden en de melkweg zou met hen sterven. Astrofysici noemen dit proces 'catastrofale koeling'. Maar dit gebeurt niet.
Het bleek dat onderzoekers in 2005 een gedeeltelijke verklaring vonden waarom niet. Ze vonden bellen die zich vormden in die dichte gaswolken, gigantische holtes in de ruimte - sommige zo groot als de Melkweg. Deze gigantische bubbels bewogen zich weg van de superzware zwarte gaten in de galactische centra, en op hun beurt leken onderzoekers, schreven ze catastrofale koeling te voorkomen.
Maar de vraag bleef: hoe wordt al die energie in het gas rond de bellen overgebracht? In een nieuw artikel, gepubliceerd in de arXiv-database op 18 november (het artikel heeft het formele peer review-proces nog niet doorlopen), rapporteren onderzoekers bewijs van turbulentie rond de bubbels: wervelingen en wervelingen die kleinere wervelingen en wervelingen veroorzaken, die draaien nog kleinere wervelingen. Na verloop van tijd gaat de theorie dat chaotisch gedrag het microscopisch niveau bereikt, waar het als warmte verdwijnt.
"Je kunt je de bubbel voorstellen als een lepel die de hete thee roert", vertelde hoofdauteur Yuan Li, een astrofysicus aan de University of California, Berkeley, aan WordsSideKick.com.
De lepel zorgt voor een 'bulkbeweging' van de thee, maar trek de lepel uit en je zult kleinere wervelingen in de vloeistof zien ontstaan, die nog kleinere wervelingen veroorzaken. Wanneer de draaikolken stoppen met draaien, komt dat omdat hun energie is omgezet in warmte, zei ze. In een mok op tafel is de verwarming niet erg dramatisch; je zou moeite hebben om water te koken door het gewoon te roeren. Maar de energie van de bellen die door de ruimte bewegen is veel intenser en het lijkt erop dat turbulentie een aanzienlijk deel ervan omzet van kinetische energie in warmte.
Li en haar co-auteurs hebben geen nieuwe waarnemingen gedaan om de turbulentie te vinden. In plaats daarvan zagen ze het in gegevens die al beschikbaar waren in de sterrenstelselclusters Perseus, Abell 2597 en Virgo.
Filamenten van koeler gas lopen door de wolken in het centrum van die sterrenstelsels, zei Li. Met deze ongelooflijk nauwkeurige gegevens met hoge resolutie kon Li een kaart maken van hoe snel het gas op elk punt bewoog en in welke richting.
Die warmtekaart toonde een duidelijk patroon van turbulentie. 'In een turbulentie-modus zijn er grote draaikolken die kleine draaikolken maken die nog kleinere draaikolken maken. Je hebt een prachtige waterval,' zei Li.
De 'prachtige cascade' leek te verschijnen in het centrum van elk sterrenstelsel.
'Dat had ik niet verwacht, niemand had dat verwacht', zei ze.
Zelfs de kleinste draaikolken zijn hier op een onvoorstelbare schaal, groot genoeg om ons zonnestelsel gemakkelijk in te slikken. Li zei tenslotte dat ze plaatsvinden in een zo groot mogelijke hoeveelheid 'vuilnisbakken vol sterrenstelsels'. Brian McNamara, hoofdauteur van het Nature-artikel uit 2005 dat voor het eerst suggereerde dat de bubbels deze gassen zouden opwarmen, zei dat hij de nieuwe vondst fascinerend vond, maar had bedenkingen.
"Het is allemaal erg interessant. Maar het is niet doorslaggevend voor mijn geest. Ik ben niet helemaal overtuigd", vertelde McNamara aan WordsSideKick.com. McNamara, voorzitter van de afdeling Fysica en Astronomie van de Canadese Universiteit van Waterloo, zei dat het belangrijkste probleem is dat de cascades die Li en zijn collega's vonden, niet helemaal overeenkomen met wat je alleen van turbulentie zou verwachten. Dat suggereert dat er andere effecten zouden kunnen zijn, schreven de auteurs van het onderzoek, of misschien is er een onbekende fysica die het gedrag van turbulentie onder deze extreme omstandigheden regelt.
McNamara vroeg zich ook af of de onderzoekers de effecten van andere soorten bewegingen in de gassen door echte turbulentie volledig hadden ontward.
Hij wees er ook op dat sommige theoretici vermoeden dat turbulentie het gas eigenlijk meer kan koelen dan dat het het verwarmt.
Dat gezegd hebbende, voegde hij eraan toe, dit is een goed artikel met veel goede onderzoekers erbij betrokken.
'Ik denk gewoon dat er meer werk aan de winkel is.'
