Astronomowie twierdzą, że tajemnicze promienie gamma mogą pochodzić z uśpionych czarnych dziur

Światło i najbardziej energetyczne cząstki we wszechświecie są zawsze tajemnicą: nie wiemy, skąd pochodzą.

Jasne, niektóre możemy śledzić; Ale jest więcej promieniowania gamma i neutrina Przepływają przez wszechświat, niż możemy to wyjaśnić. Wiele więcej. A astronomowie właśnie znaleźli wytłumaczenie dla niektórych z nich: prawie bezwładne czarne dziury.

To, jak mówią, może wyjaśnić wzrost „miękkich” promieni gamma we wszechświecie bez polegania na zimnych (nietermicznych) elektronach – co zawsze było problematycznym wyjaśnieniem, ponieważ elektrony stają się termiczne w skalach czasowych uważanych za zbyt krótkie, aby generują cząstki o wysokiej energii.

Promienie gamma i neutrina nie są rzadkością. Promieniowanie gamma jest najbardziej energetyczną formą światła we wszechświecie i zostało wykryte przy ekstremalnie wysokich energiach – w zakresie teraelektronowoltów.

Neutrina, czyli cząstki duchów, są prawie bezmasowymi cząsteczkami, które przepływają przez wszechświat, ledwo oddziałując z niczym. Te również wykrywamy przy wysokich energiach.

Aby uzyskać te energie, znajdujące się w nich fotony i cząstki wymagają kosmicznego akceleratora. Muszą to być obiekty wysokoenergetyczne, takie jak pozostałość po supernowej lub czarna dziura aktywnie pożerająca materię.

Ale nawet jeśli weźmiemy pod uwagę te wysokoenergetyczne źródła, nadal mamy nadmiar promieni gamma przy niższych „miękkich” energiach, a także nadmiar neutrin, co jest trudne do wytłumaczenia.

Według zespołu naukowców kierowanego przez astronoma Shigeo Kimurę z Uniwersytetu Tohoku w Japonii, nadmiar może pochodzić z nieoczekiwanego źródła: supermasywnych czarnych dziur, które są prawie, ale nie całkiem, ale nie w pełni aktywne.

Kiedy supermasywna czarna dziura się aktywuje, jest otoczona masywnym dyskiem pyłu i gazu powoli wciągającym czarną dziurę. Potężne siły w przestrzeni wokół czarnej dziury ogrzewają materiał w dysku, dzięki czemu ulega on zapaleniu przez szereg długości fal elektromagnetycznych, w tym promieniowanie gamma.

Ponadto pewna ilość materiału jest ciągnięta na zewnątrz czarnej dziury wzdłuż jej linii pola magnetycznego, co działa jak akcelerator w kierunku biegunów, gdzie jest uwalniany w przestrzeń z dużą proporcją prędkości światła.

Uważa się, że każda galaktyka ma w swoim centrum supermasywną czarną dziurę, ale nie wszystkie z nich są aktywne. Na przykład supermasywna czarna dziura naszej galaktyki jest bardzo zachmurzona.

Według Kimury i jego zespołu nadmiar promieniowania gamma w niższym zakresie energii — megaelektronowolty, a nie gigaelektronowolty czy teraelektronowolty — może być wytwarzany przez supermasywne czarne dziury gromadzące się na tak niskim poziomie, że są one zbyt słabe dla naszych teleskopów na Ziemi.

Zespół wykonał obliczenia i wymyślił, jak to będzie działać. Chociaż mniej materii krąży wokół tych nieaktywnych czarnych dziur, wciąż jest ich trochę i nadal się nagrzewa.

W rzeczywistości ta gorąca plazma może osiągnąć miliardy stopni – wystarczająco gorąca, aby generować promieniowanie gamma w zakresie megaelektronowoltów, czyli to, co nazywamy „miękkim” promieniowaniem gamma.

W tej plazmie protony mogą być przyspieszane do dużych prędkości. Kiedy te wysokoenergetyczne protony wchodzą w interakcję z promieniowaniem i materią, mogą generować neutrina – co również wyjaśnia wzrost liczby neutrin. A we wszechświecie jest wystarczająco dużo tych cichych supermasywnych czarnych dziur, aby wyjaśnić przynajmniej dużą część tych dodatkowych sygnałów.

Na razie to tylko hipoteza, ale matematyka się sprawdza. Uzbrojeni w te informacje astronomowie powinni mieć lepsze wyobrażenie o tym, czego szukać w przyszłych obserwacjach – a niewytłumaczalna tajemnica promieniowania gamma będzie znacznie bliżej rozwiązania.

Wyszukiwanie zostało opublikowane w Połączenia z naturą.