Els forats de Black Hole podrien enviar tríptics de partícules d’alta energia a la Terra

Els científics dilluns van compartir una nova teoria sobre un dels majors misteris de l’univers, oferint una resposta senzilla a una pregunta còsmica: quina és la font dels rajos còsmics d’alta energia, els neutrins d’alta energia i els raigs gamma que viatgen a milions de anys llum a arribar a la Terra?

Durant dècades, els físics han intentat resoldre el misteri còsmic de com aquests tres tipus de partícules, que produeixen milions de vegades més energia del que podríem produir a la Terra, arriben al nostre planeta.

L’any passat, els científics que van utilitzar l’Observatori Pierre Auger de l’Argentina van concloure que aquests feixos còsmics no provenen de la nostra galàxia, però que no van proposar idees específiques sobre el lloc on s’originen.

Això pot estar canviant ara. En un article publicat dilluns a la revista Nature Physics, un parell de físics proposen que els dolls de forat negre supermassiu - matèria que és expulsada d'un forat negre a prop de la velocitat de la llum - van donar a llum a aquestes tres partícules extremes:

• Raigs còsmics d’alta energia

• Neutrinos PeV
• Raigs gamma isotròpics sub-TeV

Una coincidència notable

Kohta Murase, professora assistent de física, astronomia i astrofísica de la Penn State University i la investigadora de postdoctorat de la Universitat de Maryland, Ke Fang, va col·laborar per desenvolupar aquest nou model, que es basa en la notable coincidència que aquestes partícules còsmiques d’alta energia tenen energia comparable. taxes de generació.

"El nostre model mostra una manera d'entendre per què aquests tres tipus de partícules de missatgeria còsmica tenen una quantitat de potència sorprenentment similar a l'entrada de l'univers, tot i que són observades per detectors basats en l'espai i terrestres per sobre de deu ordres de magnitud en energia de partícules individuals ", va dir Murase en un comunicat. Les intensitats similars de les tres partícules van portar a Murase i Fang a preguntar-se si hi ha una relació física entre elles.

"El nou model suggereix que els neutrins molt energètics i els raigs gamma d'alta energia es produeixen de forma natural a través de col·lisions de partícules com a partícules filles dels rajos còsmics i, per tant, poden heretar el pressupost energètic comparable de les seves partícules parentals", va dir Murase. "Demostra que la energètica similar dels tres missatgers còsmics no pot ser una mera coincidència".

Nascut de Black Hole Jets

De fet, Murase i Fang no només argumenten que no és una coincidència, diuen que aquestes partícules tenen un origen comú: els forats negres.

"En el nostre model, els rajos còsmics accelerats per potents dolls de nuclis galàctics actius escapen a través dels lòbuls de ràdio que sovint es troben al final dels jets", diu el primer autor Fang. A mesura que els raigs surten del raig, Murase i Fang escriuen, les col·lisions de partícules descrites per Murase produeixen neutrins d’alta energia i raigs gamma d’alta energia.

Aquesta investigació no és més que un petit pas cap a una millor comprensió de l’anomenada emissió d’un "missatger" dels forats negres (la infinitat de senyals produïts en esdeveniments còsmics), però Murase i Fang esperen que puguin llançar nova llum sobre l’origen - i el destí - de la radiació còsmica il·luminant la relació entre aquestes tres partícules.

Resum: L’origen dels rajos còsmics d’alta energia (UHECRs) és un enigma de mig segle. El misteri s’ha aprofundit per una intrigant coincidència: més de deu ordres de magnitud en energia, les taxes de generació d’energia de les UHECRs, els neutrinos de PeV i els raigs γ isotròpics sub-TeV són comparables, cosa que fa pensar en una gran imatge unificada. Aquí informem que els forts dolls de forat negre en els agregats de galàxies poden subministrar l’origen comú a tots aquests fenòmens. Una vegada accelerat per un raig, els raigs còsmics de baixa energia confinats al lòbul de ràdio es refreden adiabáticamente; els rajos còsmics d’energia superior que deixen la font interactuar amb l’entorn del clúster magnetitzat i produeixen neutrinos i raigs γ; les partícules d’energia més alta escapen del clúster d’host i contribueixen als raigs còsmics observats per sobre dels 100 peV. El model és coherent amb l'espectre, la composició i la isotropia dels UHECRs observats, i també explica els neutrins de IceCube i el component no blazar del fons de raigs γ de Fermi, assumint una producció d'energia raonable dels raigs de forat negre en grups.