Загадочные гамма-лучи могут исходить из сонных черных дыр
Самый энергичный свет и частицы во Вселенной представляют собой непреходящую загадку: мы не знаем, откуда они берутся.
Конечно, мы можем отследить некоторые; но через Вселенную течет больше гамма-излучения и нейтрино, чем мы можем учесть. Намного больше. И астрономы только что нашли объяснение некоторым из них: почти бездействующие черные дыры.
Они говорят, что это может объяснить избыток "мягких" гамма-лучей во Вселенной, не полагаясь на холодные (нетепловые) электроны - что всегда было проблематичным объяснением, потому что электроны термализуются в масштабах времени, которые считались слишком короткими для генерации высоких энергий.
Гамма-лучи и нейтрино не совсем редкость. Гамма-излучение - самая энергичная форма света во Вселенной, и оно было обнаружено при чрезвычайно высоких энергиях - тераэлектронвольтном диапазоне. Нейтрино, или призрачные частицы, представляют собой почти безмассовые частицы, текущие через Вселенную, практически ни с чем не взаимодействующие. Их тоже мы обнаружили при высоких энергиях. Чтобы получить эти энергии, фотоны и частицы внутри них требуют наличия космического ускорителя. Это должны быть объекты с высокой энергией, такие как остатки сверхновой звезды или черная дыра, активно пожирающая материал.
Но даже после того, как мы учли эти высокоэнергетические источники, у нас все еще остается избыток гамма-излучения в более низких «мягких» энергиях, а также избыток нейтрино, который трудно объяснить.
По мнению группы исследователей под руководством астронома Шигео Кимура из Университета Тохоку в Японии, избыток может происходить из неожиданного источника: сверхмассивных черных дыр, которые почти, но не полностью, находятся в спящем состоянии, но при этом не полностью активны.
Когда сверхмассивная черная дыра активна, ее окружает огромный диск из пыли и газа, который медленно перекачивается в черную дыру. Огромные силы, действующие в пространстве вокруг черной дыры, нагревают материал в диске так, что он светится в широком диапазоне длин электромагнитных волн, включая гамма-излучение.
Кроме того, некоторое количество материала перекачивается с внешней стороны черной дыры вдоль силовых линий ее магнитного поля, которые действуют как ускоритель, к полюсам, откуда он запускается в космос со скоростью, составляющей значительный процент от скорости света. Считается, что в центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра, но не все из них активны. Например, сверхмассивная черная дыра в нашей галактике довольно неприятна.
По словам Кимуры и его команды, избыток гамма-излучения в нижнем диапазоне энергий - мегаэлектронвольты, а не гига- или тераэлектронвольты - может быть произведен сверхмассивными черными дырами, которые аккрецируют на таком низком уровне, что намного менее ярки для наших телескопов. на земле.
Команда провела расчеты и прикинула, как это будет работать. Хотя вокруг этих неактивных черных дыр циркулирует меньше материала, они все же остаются, и они все равно нагреваются.
Фактически, эта горячая плазма может нагреваться до миллиардов градусов Цельсия - достаточно горячей, чтобы генерировать гамма-излучение в мегаэлектронвольтном диапазоне, или то, что мы называем «мягкими» гамма-лучами.
В этой плазме протоны могут разгоняться до высоких скоростей. Когда эти высокоэнергетические протоны взаимодействуют с излучением и веществом, они могут генерировать нейтрино, что также объясняет избыток нейтрино. И этих тихих сверхмассивных черных дыр во Вселенной достаточно, чтобы объяснить хотя бы значительную часть этих избыточных сигналов.
Пока это всего лишь гипотеза, но математика подтверждает. Вооруженные этой информацией, астрономы должны иметь лучшее представление о том, что искать в будущих наблюдениях - и загадка этих необъяснимых гамма-лучей будет ближе к разгадке.