Теперь международная исследовательская группа предложила сценарий, объясняющий это; черные дыры с низкой активностью действуют как основные фабрики космических частиц высоких энергий.
Подробности их исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.
Гамма-лучи – это фотоны высокой энергии, которые на много порядков более энергичны, чем видимый свет. Космические спутники зарегистрировали космические гамма-лучи с энергией от мегаэлектронов до гигаэлектронвольт.
Нейтрино – это субатомные частицы, масса которых почти равна нулю. Они редко взаимодействуют с обычной материей.
Исследователи из нейтринной обсерватории IceCube также измерили космические нейтрино высоких энергий.
И гамма-лучи, и нейтрино должны создаваться мощными ускорителями космических лучей или окружающей средой во Вселенной.
Однако их происхождение до сих пор неизвестно. Широко распространено мнение, что активные сверхмассивные черные дыры (так называемые активные ядра галактик), особенно с мощными джетами, являются наиболее многообещающими источниками высокоэнергетических гамма-лучей и нейтрино.
Однако недавние исследования показали, что они не объясняют наблюдаемые гамма-лучи и нейтрино, предполагая, что необходимы другие классы источников.
Новая модель показывает, что важны не только активные черные дыры, но и неактивные, «мягкие», действующие как фабрики гамма-лучей и нейтрино.
Ожидается, что в центрах всех галактик будут находиться сверхмассивные черные дыры. Когда вещество падает в черную дыру, высвобождается огромное количество гравитационной энергии.
Этот процесс нагревает газ, образуя высокотемпературную плазму. Температура может достигать десятков миллиардов градусов Цельсия для черных дыр с низкой аккрецией из-за неэффективного охлаждения, а плазма может генерировать гамма-лучи в диапазоне мегаэлектронвольт.
Такие мягкие черные дыры тусклые, как отдельные объекты, но их много во Вселенной. Исследовательская группа обнаружила, что результирующие гамма-лучи от сверхмассивных черных дыр с низкой аккрецией могут вносить значительный вклад в наблюдаемые гамма-лучи в мегаэлектронвольтном диапазоне.
В плазме протоны могут быть ускорены до энергии, примерно в 10 000 раз превышающей энергию, достигаемую Большим адронным коллайдером – крупнейшим ускорителем частиц, созданным человеком. Ускоренные протоны производят нейтрино высоких энергий за счет взаимодействия с веществом и излучением, что может составлять часть данных о космических нейтрино с более высокой энергией.
Эта картина может быть применена к активным черным дырам, как показали предыдущие исследования. Сверхмассивные черные дыры, включающие как активные, так и неактивные ядра галактик, могут объяснить большую часть наблюдаемых нейтрино IceCube в широком диапазоне энергий.
Будущие программы наблюдений с несколькими мессенджерами имеют решающее значение для определения происхождения космических частиц высоких энергий. Предлагаемый сценарий предсказывает гамма-аналоги в мегаэлектронвольтном диапазоне для источников нейтрино.
Большинство существующих детекторов гамма-излучения не настроены на их обнаружение; но будущие эксперименты с гамма-лучами, вместе с экспериментами с нейтрино следующего поколения, смогут обнаруживать сигналы с несколькими мессенджерами.