Černé díry trysky mohou být vysíláním trojice částic vysokých energií na Zemi

Vědci se v pondělí podělili o novou teorii o jednom z největších záhad vesmíru, která nabízí jednoduchou odpověď na kosmickou otázku: Jaký je zdroj ultrazvukových kosmických paprsků, neutrina s vysokou energií a paprsky gama, které cestují miliony světelných let do dostat se na Zemi?

Po desetiletí se fyzici pokoušeli vyřešit vesmírné tajemství, jak tyto tři typy částic - které produkují miliony více energie, než jsme kdy mohli produkovat na Zemi - dorazí na naši planetu.

Minulý rok vědci využívající argentinskou observatoř Pierre Auger dospěli k závěru, že tyto kosmické paprsky nepocházejí z naší galaxie, ale nenavrhly žádné konkrétní představy o tom, odkud pocházejí.

To se teď může změnit. V referátu publikovaném v pondělí v časopise Fyzika přírody, pár fyziků navrhuje, aby supermasivní trysky s černými dírami - hmota, která je vysunuta z černé díry v blízkosti rychlosti světla - porodila všechny tři tyto extrémní částice:

• Kosmické paprsky s ultra vysokou energií

• PeV neutrina
• Izotropní sub-TeV gama záření

Pozoruhodná shoda okolností

Kohta Muraseová, odborná asistentka fyziky, astronomie a astrofyziky na Penn State University, a postdoktorandská výzkumná pracovnice University of Maryland Ke Fang spolupracovaly na vývoji tohoto nového modelu, který spočívá na pozoruhodné shodě, že tyto vysokoenergetické kosmické částice mají srovnatelnou energii generování.

„Náš model ukazuje způsob, jak pochopit, proč tyto tři typy částic kosmického posla mají překvapivě podobné množství vstupního výkonu do vesmíru, a to navzdory skutečnosti, že jsou pozorovány kosmickými a pozemními detektory nad deseti řády velikosti v rozsahu, v jakém jsou energie jednotlivých částic, “řekla Murase ve svém prohlášení. Obdobné intenzity tří částic vedly Murasu a Fanga k tomu, aby se ptali, zda mezi nimi existuje fyzický vztah.

„Nový model naznačuje, že neutrina s vysokým obsahem energie a vysokoenergetické paprsky gama jsou přirozeně produkovány srážkami částic jako dceřinými částicemi kosmického záření, a tak mohou zdědit srovnatelný energetický rozpočet svých mateřských částic,“ řekl Murase. "To ukazuje, že podobná energetika tří kosmických poslů nemusí být pouhou náhodou."

Narodil se z trysek černé díry

Ve skutečnosti nejen Murase a Fang tvrdí, že to není náhoda, ale říkají, že tyto částice mají společný původ: trysky černé díry.

„V našem modelu kosmické paprsky zrychlené silnými paprsky aktivních galaktických jader uniknou radiovými laloky, které se často nacházejí na konci trysek,“ říká první autor Fang. Jak paprsky opouštějí paprsek, Murase a Fang píší, popsané srážení částic Murase produkují velmi vysoká energie neutrina a vysokoenergetické gama paprsky.

Tento výzkum je jen jedním malým krokem směrem k lepšímu pochopení tzv. „Multi-messenger“ emise z černých děr (nesčetné množství signálů produkovaných v kosmických událostech), ale Murase a Fang doufají, že mohou vrhnout nové světlo na původ. - a osud - kosmického záření osvětlením vztahu mezi těmito třemi částicemi.

Abstraktní: Původ kosmických paprsků s ultra vysokou energií (UHECR) je půlstoletí stará záhada. Tajemství bylo prohloubeno zajímavou shodou okolností: více než deset řádů energie, míra výroby energie UHECR, neutrina PeV a izotropní sub-TeV γ-paprsky jsou srovnatelné, což naznačuje velký jednotný obraz. Zde uvádíme, že silné černé trysky v agregátech galaxií mohou poskytnout společný původ pro všechny tyto jevy. Jakmile jsou urychleny proudem, nízkoenergetické kosmické paprsky uzavřené v rádiovém laloku jsou adiabaticky chlazeny; vysokoenergetické kosmické paprsky opouštějící zdroj interagují s magnetizovaným prostředím clusteru a produkují neutrina a y-paprsky; částice nejvyšší energie unikají z hostitelského klastru a přispívají k pozorovaným kosmickým paprskům nad 100 PeV. Model je konzistentní se spektrem, složením a izotropií pozorovaných UHECR a také vysvětluje neutrony IceCube a ne-blazarovou složku pozadí Fermiho y-paprsku, za předpokladu rozumného výstupu energie z trysek černých děr v klastrech.