الغاز الساخن في المجرات الإهليلجية والعناقيد يشع في نطاق الأشعة السينية، لكن لمعانه المرصود أقل مما تتنبأ به النماذج ذاتية التشابه مع التسخين الجذبوي البحت. يُعرف هذا الاختلاف باسم "مشكلة الإنتروبيا" في مجموعات المجرات. بالقرب من هذا العمل في الأرشيف توجد دراسات عن الغاز الساخن في المجموعات، والثقوب السوداء كقاطرات ومقاييس حرارة، والغبار الذي تضربه موجات غير مرئية. جميعها تتعلق بتأثير النوى النشطة على البيئة المحيطة، لكن هذه المقالة تغطي لأول مرة كامل نطاق الكتل من المجرات الإهليلجية الفردية إلى العناقيد الضخمة، باستخدام عينات منتقاة بصريًا خالية من التحيزات المرتبطة بالأشعة السينية.
اعتمد المؤلفون على ملف الإنتروبيا من المحاكاة الكونية الأديباتيكية مع معامل مركزي η، وافترضوا أن نشاط الثقب الأسود يزيد هذا المعامل فقط. تم وصف كثافة الغاز ودرجة حرارته بمعادلة حالة متعددة التوجه مع مؤشر γ=1.19±0.02 مأخوذ من ملاحظات العناقيد X-COP. تمت معايرة الإنتروبيا المركزية على العلاقة المرصودة بين اللمعان البولومتري وكتلة الهالة، المستمدة من ملاحظات الأشعة السينية المتراكمة لـ eRosita للأنظمة المنتقاة بصريًا. تم حساب فائض الإنتروبيا ΔS كالفرق بين إنتروبيا النموذج والإنتروبيا الأساسية للمحاكاة، مع التكامل على كتلة الغاز وليس على نصف القطر، لمراعاة تمدد الغاز عند التسخين. تم إيجاد الحرارة $Q_{heat}$ من المعادلة ΔS = $Q_{heat}$/$T_{heat}$ + $Q_{cool}$/$T_{cool}$، حيث تم تقدير درجات حرارة التسخين والتبريد باستخدام نماذج شبه تحليلية وشبه تجريبية لتاريخ تراكم الثقوب السوداء.
بالنسبة لكفاءة تراكم قانونية تبلغ 10%، تقوم الثقوب السوداء فائقة الكتلة بتسخين من 1 إلى 3% من طاقتها في الغاز المحيط. هذه القيمة شبه ثابتة عبر كامل نطاق الكتل من $10^{12}$ إلى $10^{15}$ كتلة شمسية. كشفت مقارنة الحرارة المودعة من الثقوب السوداء مع الحرارة المشعة من الغاز خلال زمن هابل عن نظامين. في المجرات الإهليلجية والمجموعات ذات الكتلة الأقل من $10^{14}$ كتلة شمسية، تتجاوز الحرارة المتراكمة بشكل كبير خسائر الإشعاع، ويبقى الغاز في حالة إنتروبيا عالية لفترة طويلة بعد عصر الكوازارات. في العناقيد ذات الكتلة الأكبر من $10^{14}$ كتلة شمسية، يكون التسخين والتبريد في توازن ذاتي الاستمرار، وقد تم إشعاع معظم الطاقة المودعة. عدديًا: تتراوح $Q_{heat}$ من 2×$10^4$ إلى 4×$10^7$ كتلة شمسية مضروبة في c²، اعتمادًا على كتلة الهالة.
يربط هذا العمل لأول مرة كميًا بين فائض الإنتروبيا في الغاز الساخن وإطلاق الطاقة من الثقوب السوداء فائقة الكتلة عبر كامل نطاق الكتل، من المجرات الإهليلجية إلى العناقيد. على عكس الدراسات المجاورة التي اقتصرت إما على العناقيد أو استخدمت عينات منتقاة بالأشعة السينية مع تحيز نحو الأجسام الساطعة، تم هنا استخدام أنظمة منتقاة بصريًا وملاحظات متراكمة من eRosita، مما يزيل الأخطاء المنهجية. كفاءة التسخين المستخلصة 1-3% تتوافق مع جزء الطاقة الميكانيكية في النفاثات، مما يشير إلى آلية تغذية راجعة ميكانيكية وليست إشعاعية.
يمكن توسيع الطريقة المقترحة إلى انزياحات حمراء أعلى باستخدام أدوات الأشعة السينية المستقبلية HUBS وAXIS وNewAthena. سيسمح ذلك بتتبع تطور الإنتروبيا والتسخين عبر الزمن الكوني واختبار كيفية تغير كفاءة التغذية الراجعة. يمكن أيضًا تحسين النموذج من خلال مراعاة عدم تجانس الغاز والاعتماد المحتمل لمؤشر متعدد التوجه على الإنتروبيا المركزية.
ستؤثر النتائج على النماذج شبه التحليلية لتشكل المجرات والمحاكاة الهيدروديناميكية الكونية، من خلال تحديد معايير واقعية للتغذية الراجعة من النوى النشطة. كما ستساعد في تفسير ملاحظات الأشعة السينية للمجموعات والعناقيد.
التحقق من التنبؤ بمعدلات تراكم منخفضة في المجرات الإهليلجية من خلال الإحصاءات السكانية للنوى النشطة. مقارنة النموذج مع ملفات الإنتروبيا عالية الدقة التي تم الحصول عليها لأنظمة فردية.
يربط هذا العمل مباشرة بين مشكلتين غير محلولتين في الفيزياء الفلكية: تثبيط تشكل النجوم في المجرات الضخمة والحفاظ على الغاز الساخن في العناقيد من التبريد. تسمح كفاءة التسخين المستخلصة بإغلاق توازن الطاقة في نماذج تشكل المجرات، لكن تبقى مسألة الآلية الدقيقة لنقل الطاقة من النفاثات إلى الغاز.
في عنقود Abell 85، يبلغ كتلة الثقب الأسود المركزي 4×$10^{10}$ كتلة شمسية، وهو أحد أضخم الثقوب السوداء المؤكدة ديناميكيًا. إذا تحولت كل طاقة سكونه إلى حرارة، فسيكون ذلك كافيًا لتسخين كل غاز العنقود إلى درجات حرارة لا تصدق.
في رواية "Hyperion" لدان سيمونز، يستخدم النواة التقنية طاقة الثقوب السوداء لأغراضها. هنا، تعمل الثقوب السوداء كمنظمات حرارة طبيعية تمنع التبريد الجامح للمجرات.