Črna luknja lahko pošlje zemljo triju visokoenergetskih delcev

Znanstveniki so v ponedeljek delili novo teorijo o eni največjih skrivnosti vesolja, ki ponuja preprost odgovor na kozmično vprašanje: kaj je vir ultra-visokih energetskih kozmičnih žarkov, visokoenergetskih neutrinov in gama žarkov, ki potujejo milijone let doseči Zemljo?

Fiziki so že desetletja poskušali rešiti kozmično skrivnost o tem, kako te tri vrste delcev - ki proizvajajo milijone krat več energije, kot bi lahko kdaj proizvedli na Zemlji - prispeli na naš planet.

Lani so znanstveniki, ki so uporabili argentinski observatorij Pierre Auger, zaključili, da ti kozmični žarki ne prihajajo iz naše galaksije, vendar niso predlagali posebnih idej o tem, od kod izvirajo.

To se lahko zdaj vse spremeni. V časopisu, objavljenem v ponedeljek Fizika narave, par fizikov predlaga, da bi supermasivni črni luknjiči - materija, ki je izločena iz črne luknje blizu hitrosti svetlobe - rodila vse tri od teh ekstremnih delcev:

• Ultra visoko energijske kozmične žarke

• PeV neutrini
• Izotropne sub-TeV gama žarke

Izjemna naključje

Kohta Murase, asistentka za fiziko, astronomijo in astrofiziko na Penn State University, in postdoktorski raziskovalec Ke Fang na Univerzi v Marylandu sta sodelovala pri razvoju tega novega modela, ki temelji na izjemnem naključju, da imajo vsi visokoenergetski kozmični delci primerljivo energijo stopnje proizvodnje.

»Naš model kaže, kako lahko razumemo, zakaj imajo ti trije tipi kozmičnih prenosnikov presenetljivo podobno količino energije, ki jo vnesemo v vesolje, kljub dejstvu, da jih opazujejo vesoljski in zemeljski detektorji z več kot desetimi velikostmi. energijo posameznih delcev, ”je dejal Murase v izjavi. S podobno intenzivnostjo treh delcev so se Murase in Fang spraševali, ali med njimi obstaja fizični odnos.

"Novi model kaže, da so zelo visokoenergetski neutrini in visokoenergetski gama žarki naravno nastali zaradi trkov delcev kot hčerinskih delcev kozmičnih žarkov in tako lahko podedujejo primerljiv energetski proračun svojih starševskih delcev," je dejal Murase. "To kaže, da podobna energetika treh kozmičnih glasnikov ne more biti zgolj naključje."

Rojen je iz črnih lukenj

Pravzaprav ne samo, da Murase in Fang trdita, da to ni naključje, pravita, da vsi ti delci imajo skupen izvor: črne luknje.

»V našem modelu so kozmični žarki pospešeni z močnimi curki aktivnih jeder galaktičnega jedra, ki pobegnejo skozi radijske krpice, ki jih pogosto najdemo na koncu curkov,« pravi prvi avtor Fang. Ko žarki zapustijo letalo, Murase in Fang napišeta, da so trki delcev Murase opisali, da proizvajajo zelo energijske neutrine in visokoenergetske gama žarke.

Ta raziskava je le majhen korak k boljšemu razumevanju tako imenovane "multi-messenger" emisije iz črnih lukenj (nešteto signalov, proizvedenih v kozmičnih dogodkih), vendar Murase in Fang upata, da bosta lahko osvetlila izvor - in usodo - kozmičnega sevanja z osvetljevanjem razmerja med temi tremi delci.

Izvleček: Izvor kozmičnih žarkov ultravisokih energij (UHECR) je pol stoletja enigma. Skrivnost se je poglobila z zanimivim naključjem: več kot deset vrst energije v energiji, stopnje proizvodnje energije UHECR, PeV neutrini in izotropne sub-TeV y-žarki so primerljive, kar nakazuje na veliko enotno sliko. Tukaj poročamo, da lahko močni črni luknji v agregatih galaksij zagotovijo skupni izvor za vse te pojave. Ko se pospeši z curkom, se kozmični žarki z nizko porabo energije, omejeni v radijskem režnju, adiabatno ohladijo; kozmične žarke z višjo energijo, ki zapuščajo vir, delujejo z magnetiziranim okoljem gruč in proizvajajo nevtrine in γ-žarke; delci z najvišjo energijo pobegnejo iz gostiteljskega grozda in prispevajo k opazovanim kozmičnim žarkom nad 100 PeV. Model je skladen s spektrom, sestavo in izotropijo opaženih UHECR in pojasnjuje nevtrine IceCube in ne blazarsko komponento Fermijevega γ-žarka, ob predpostavki, da je črna luknja v nizih primerna energija.