Гамма-промені та нейтрино з "м′яких" надмасивних чорних дір

Всесвіт наповнений енергетичними частинками, такими як рентгенівські, гамма-промені та нейтрино. Однак походження більшості високоенергетичних космічних частинок залишається нез′ясованим.

Як розповідають в Університеті Тохоку (Японія), тепер міжнародна дослідницька група запропонувала сценарій, який це пояснює: чорні діри з низькою активністю діють як великі заводи високоенергетичних космічних частинок.

Деталі їх дослідження були опубліковані в журналі Nature Communications.

Гамма-промені – це високоенергетичні фотони, які на багато порядків більш енергійні, ніж видиме світло. Супутниками зафіксовано космічні гамма-промені з енергіями від мега- до гігаелектронвольт.

Нейтрино – це субатомні частинки, маса яких практично дорівнює нулю. Вони рідко взаємодіють зі звичайною матерією. Високоенергетичні космічні нейтрино також були виміряні дослідниками з Нейтринної обсерваторії IceCube.

І гамма-промені, і нейтрино повинні бути створені потужними прискорювачами космічних променів або навколишнім середовищем у Всесвіті. Однак їх походження досі невідоме. Широко поширеною є думка, що активні надмасивні чорні діри (так звані активні галактичні ядра), особливо ті, що мають потужні джети, є найбільш перспективними випромінювачами високоенергетичних гамма-променів та нейтрино. Однак останні дослідження показали, що вони не пояснюють спостережуваних гамма-променів та нейтрино, що змушує вдатися до припущення, що необхідні інші класи джерел.

Нова модель показує, що важливі не тільки активні чорні діри, а й неактивні, "м′які", що діють як фабрики гамма-випромінювання та нейтрино.

Очікується, що всі галактики містять у своїх центрах надмасивні чорні діри. Коли матерія потрапляє у чорну діру, виділяється величезна кількість гравітаційної енергії. Цей процес нагріває газ, утворюючи високотемпературну плазму. Температура може досягати десятків мільярдів градусів Цельсія для чорних дір з низьким рівнем акреції через неефективне охолодження, і плазма може генерувати гамма-промені в діапазоні мегаелектронвольт.

Такі м’які чорні діри, як окремі об’єкти, є тьмяним, але їх чимало у Всесвіті. Дослідницька група виявила, що гамма-промені від надмасивних чорних дір з низьким рівнем акреції можуть внести значний внесок у спостережувані гамма-промені у мегаелектронвольтному діапазоні.

У плазмі протони можна прискорити до енергій, що приблизно у 10 000 разів перевищують енергію, досягнуту Великим адронним колайдером – найбільшим прискорювачем частинок, створеним людиною. Прискорені протони виробляють високоенергетичні нейтрино через взаємодію з речовиною та випромінюванням, що може пояснювати частину даних щодо космічних нейтрино з більш високою енергією. Ця картина може бути застосована до активних чорних дір, як продемонстрували попередні дослідження. Надмасивні чорні діри, які відносяться як до активних, так і неактивних галактичних ядер, можуть пояснити значну частку спостережуваних IceCube нейтрино у широкому діапазоні енергій.

Майбутні програми багатоканальних спостережень матимуть вирішальне значення для виявлення походження космічних високоенергетичних частинок. Запропонований сценарій передбачає аналоги гамма-променів у мегаелектронвольтному діапазоні для джерел нейтрино. Більшість чинних детекторів гамма-променів не налаштовані на їх виявлення; але майбутні експерименти з гамма-випромінюванням разом з нейтринними експериментами наступного покоління зможуть виявляти багатоканальні сигнали.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.