Гамма-лучи и нейтрино из "мягких" сверхмассивных черных дыр

Вселенная наполнена энергетическими частицами, такими как рентгеновские, гамма-лучи и нейтрино. Однако происхождение большинства высокоэнергетических космических частиц остается невыясненным.

Как рассказывают в Университете Тохоку (Япония), теперь международная исследовательская группа предложила сценарий, который объясняет: черные дыры с низкой активностью действуют как крупные заводы высокоэнергетических космических частиц.

Детали их исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Гамма-лучи – это высокоэнергетические фотоны, которые на много порядков более энергичные, чем видимый свет. Спутниками зафиксированы космические гамма-лучи с энергиями от мега- до гигаэлектронвольт.

Нейтрино – это субатомные частицы, масса которых практически равна нулю. Они редко взаимодействуют с обычной материей. Высокоэнергетические космические нейтрино также были измерены исследователями из нейтринной обсерватории IceCube.

И гамма-лучи, и нейтрино должны быть созданы мощными ускорителями космических лучей или окружающей средой во Вселенной. Однако их происхождения до сих пор неизвестно. Широко распространено мнение, что активные сверхмассивные черные дыры (так называемые активные галактические ядра), особенно те, которые имеют мощные джеты, являются наиболее перспективными излучателями высокоэнергетических гамма-лучей и нейтрино. Однако последние исследования показали, что они не объясняют наблюдаемых гамма-лучей и нейтрино, что заставляет прибегнуть к предположению, что необходимы другие классы источников.

Новая модель показывает, что важны не только активные черные дыры, но и неактивные, "мягкие", которые действуют как фабрики гамма-излучения и нейтрино.

Ожидается, что все галактики содержат в своих центрах сверхмассивные черные дыры. Когда материя попадает в черную дыру, выделяется огромное количество гравитационной энергии. Этот процесс нагревает газ, образуя высокотемпературную плазму. Температура может достигать десятков миллиардов градусов Цельсия для черных дыр с низким уровнем аккреции из-за неэффективного охлаждения, и плазма может генерировать гамма-лучи в диапазоне мегаэлектронвольт.

Такие мягкие черные дыры, как отдельные объекты, является тусклым, но их немало во Вселенной. Исследовательская группа обнаружила, что гамма-лучи от сверхмассивных черных дыр с низким уровнем аккреции могут внести значительный вклад в наблюдаемые гамма-лучи в мегаэлектронвольтном диапазоне.

В плазме протоны можно ускорить до энергий, примерно в 10 000 раз превышающих энергию, достигнутую Большим адронным коллайдером – крупнейшим ускорителем частиц, созданным человеком. Ускоренные протоны производят высокоэнергетические нейтрино через взаимодействие с веществом и излучением, что может объяснять часть данных о космических нейтрино с более высокой энергией. Эта картина может быть применена к активным черных дыр, как показали предыдущие исследования. Сверхмассивные черные дыры, которые относятся как к активным, так и неактивным галактическим ядрам, могут объяснить значительную часть наблюдаемых IceCube нейтрино в широком диапазоне энергий.

Будущие программы многоканальных наблюдений будут иметь решающее значение для выявления происхождения космических высокоэнергетических частиц. Предложенный сценарий предполагает аналоги гамма-лучей в мегаелэктронвольтном диапазоне для источников нейтрино. Большинство действующих детекторов гамма-лучей не настроены на них; но будущие эксперименты с гамма-излучением вместе с нейтринными экспериментами следующего поколения смогут обнаруживать многоканальные сигналы.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.