Gammastråler og neutrinoer fra bløde supermassive sorte huller

Universet er fyldt med energiske partikler, såsom røntgenstråler, gammastråler, og neutrinoer. Imidlertid, de fleste af de højenergiske kosmiske partiklers oprindelse forbliver uforklarlige.

Nu, et internationalt forskerhold har foreslået et scenarie, der forklarer disse; sorte huller med lav aktivitet fungerer som store fabrikker af højenergiske kosmiske partikler.

Detaljer om deres forskning blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Gammastråler er højenergifotoner, der er mange størrelsesordener mere energiske end synligt lys. Rumsatellitter har detekteret kosmiske gammastråler med energier fra megaelektron til gigaelektronvolt.

Neutrinoer er subatomære partikler, hvis masse er næsten nul. De interagerer sjældent med almindeligt stof. Forskere ved IceCube Neutrino Observatory har også målt højenergiske kosmiske neutrinoer.

Både gammastråler og neutrinoer bør skabes af kraftfulde kosmiske stråleacceleratorer eller omgivende miljøer i universet. Imidlertid, deres oprindelse er stadig ukendt. Det er en udbredt opfattelse, at aktive supermassive sorte huller (såkaldte aktive galaktiske kerner), især dem med kraftige jetfly, er de mest lovende udsender af højenergiske gammastråler og neutrinoer. Imidlertid, nyere undersøgelser har afsløret, at de ikke forklarer de observerede gammastråler og neutrinoer, tyder på, at andre kildeklasser er nødvendige.

Den nye model viser, at ikke kun aktive sorte huller, men også ikke-aktive, "bløde" er vigtige, fungerer som gammastråle- og neutrinofabrikker.

Alle galakser forventes at indeholde supermassive sorte huller i deres centre. Når stof falder ned i et sort hul, en enorm mængde gravitationsenergi frigives. Denne proces opvarmer gassen, danner højtemperaturplasma. Temperaturen kan nå så højt som titusindvis af milliarder af Celsius grader for lavt-accreting sorte huller på grund af ineffektiv afkøling, og plasmaet kan generere gammastråler i megaelektronvoltområdet.

Sådanne bløde sorte huller er dunkle som individuelle objekter, men de er talrige i universet. Forskerholdet fandt ud af, at de resulterende gammastråler fra lavt-ackreterende supermassive sorte huller kan bidrage væsentligt til de observerede gammastråler i megaelektronvoltområdet.

I plasmaet, protoner kan accelereres til energier omkring 10, 000 gange højere end dem opnået af Large Hadron Collider – den største menneskeskabte partikelaccelerator. De fremskyndede protoner producerer højenergiske neutrinoer gennem interaktioner med stof og stråling, som kan stå for den højere energi-del af de kosmiske neutrinodata. Dette billede kan anvendes på aktive sorte huller som demonstreret af tidligere forskning. De supermassive sorte huller inklusive både aktive og ikke-aktive galaktiske kerner kan forklare en stor del af de observerede IceCube neutrinoer i et bredt energiområde.

Fremtidige observationsprogrammer med flere budbringere er afgørende for at identificere oprindelsen af ​​kosmiske højenergipartikler. Det foreslåede scenarie forudsiger gammastråle-modstykker i megaelektronvoltområdet til neutrinokilderne. De fleste af de eksisterende gammastråledetektorer er ikke indstillet til at detektere dem; men fremtidige gammastråleeksperimenter, sammen med næste generations neutrinoeksperimenter, vil være i stand til at detektere multi-messenger-signalerne.