Есть ли где-нибудь во Вселенной, где мы можем спастись от излучения? Конечно, не здесь, на Земле. И не в самом космосе, который заполнен диффузным излучением в виде гамма-лучей и нейтрино. Ученые изо всех сил пытались объяснить, откуда берутся все эти гамма-лучи и нейтрино. Трио исследователей предлагают источник всего этого излучения в новой статье: покоящиеся черные дыры.
Сверхмассивные черные дыры (СМЧД), вероятно, находятся в центре каждой большой галактики, такой как Млечный Путь. Когда эти сверхмассивные чёрные дыры активно аккрецируют вещество, они могут испускать большое количество излучения по всему спектру, от радиоволн до гамма-лучей. Когда это происходит, их называют активные галактические ядра . Но как насчет тихих SMBH?
Новое исследование показывает, что даже неподвижные сверхмассивные чёрные дыры излучают гамма-лучи и нейтрино. Это открытие помогает объяснить, почему Вселенная наводнена энергичными частицами.
Название статьи: « Мягкие гамма-лучи от сверхмассивных черных дыр с низкой аккрецией и связь с энергетическими нейтрино ». Он опубликован в журнале Nature Communications, ведущим автором является Шигео Кимура из Университета Тохоку в Сендае, Япония.
Активные ядра галактик, подобные этому, излучают много радиации. Астрономы считают, что часть рассеянного излучения Вселенной исходит от более спокойных черных дыр. Предоставлено: НАСА / Дана Берри, SkyWorks Digital.
Нейтрино являются почти безмассовыми субатомными частицами и электрически нейтральны, отсюда они и получили свое название. В результате их гравитационное взаимодействие близко к нулю, и они не взаимодействуют с сильная ядерная сила или. Их чрезвычайно сложно обнаружить, и прямо сейчас они проходят через ваше тело.
Гамма излучение , с другой стороны, обнаружить несложно. Это самые энергичные фотоны во Вселенной, и вы определенно не хотите, чтобы они проходили через ваше тело. Среди прочего, они выбрасываются при взрывах атомных бомб. Детекторы космического базирования обнаружили гамма-лучи с напряжениями в гигаэлектронном диапазоне. Если диапазоны электронного напряжения не для вас, просто представьте, что они на порядки более энергичны, чем видимый свет.
Итак, ученые много знают как о нейтрино, так и о гамма-лучах, но они просто не уверены, откуда они все. Это исследование может дать ответ. «Вселенная наполнена диффузным фоном из гамма-излучения МэВ и нейтрино с энергией МэВ, происхождение которых неизвестно. Здесь мы предлагаем сценарий, который может учитывать оба фона одновременно », - пишут авторы.
Ученые думают, что они знают, откуда берутся мощные фоновые гамма-лучи в диапазоне от гигаэлектронвольт (ГэВ) до тераэлектронного (ТэВ) вольт. Они исходят от АЯГ и, вероятно, звездообразующих галактик. Но источник более мягких гамма-лучей, находящихся в мегаэлектронвольтном (МэВ) диапазоне, неизвестен. То же и со многими нейтрино.
В этой статье показано, что ядра галактик с низкой светимостью могут быть причиной как нейтрино, так и гамма-лучей.
Компьютерное моделирование плазмы около черной дыры. Предоставлено: Хотака Сиокава / EHT.
Огромная масса черной дыры и гравитационное притяжение притягивают к себе материю. Он образует аккреционный диск из закрученного вещества, и в конце концов вещество попадает в черную дыру. Когда это происходит, высвобождается огромное количество гравитационной энергии. Эта энергия нагревает газ вокруг отверстия и создает плазму. В этом случае малоаккрецирующая черная дыра имеет недостаточное охлаждение, а температура плазмы может достигать десятков миллиардов градусов Цельсия.
Происходит то, что плазма чрезвычайно сильно возбуждает протоны. Они могут быть в 10 000 раз более энергичными, чем то, что может дать Большой адронный коллайдер (LHC), а LHC - наш самый мощный ускоритель частиц. Когда эти высокоскоростные протоны взаимодействуют с веществом и излучением, они производят нейтрино. Это может объяснить нейтрино более высокого диапазона энергий, обнаруженных в космосе.
Подобный механизм производит гамма-лучи. По мере того, как электроны достигают чрезвычайно высоких температур, они становятся эффективными производителями гамма-излучения в диапазоне МэВ посредством процесса, называемого комптонизацией.
Это изображение из исследования показывает, как мягкие сверхмассивные чёрные дыры могут производить диффузные нейтрино и гамма-лучи, наводняющие Вселенную. Кредит изображения: Шигео С. Кимура.
Таким образом, высокотемпературная плазма вокруг спокойных черных дыр может производить нейтрино и гамма-лучи. Несмотря на то, что эти типы черных дыр тусклые и их трудно увидеть, их очень много. Разумно предположить, что они могли объяснить фоновое излучение в виде гамма-лучей и нейтрино.
Но это всего лишь предложенный механизм. Убедительных доказательств пока нет. Откуда это будет?
Большинство наших детекторов гамма-излучения не настроены на частоту МэВ. Они настроены на более высокий уровень энергии. Что нужно, так это то, что авторы называют детектором «мульти-мессенджер». Это детектор, который одновременно обнаруживает гамма-излучение и нейтрино в нужных энергетических диапазонах. Предлагаемые миссии вроде e-ASTROGAM , то Обсерватория гамма-излучения средней энергии всего неба (AMEGO) , а Исследование гамма-излучения и антиматерии (ГРАММ) должно помочь.