A Világegyetem tele van nagy energiájú részecskékkel: röntgensugárzással, gammasugárzással és neutrínókkal. A nagy energiájú kozmikus részecskék többségének eredete egyelőre ismeretlen.
Egy nemzetközi kutatócsoport szerint az alacsony aktivitású fekete lyukak hozzák létre a nagy energiájú kozmikus részecskéket. Kutatásuk eredményeit a Nature Communications című lap tette közzé.
A gammasugarak nagy energiájú fotonok, amelyek a látható fénynél nagyságrendekkel nagyobb energiájúak. Az űrtávcsövek megaelektronvoltos, sőt gigaelektronvoltos energiával rendelkező kozmikus gammasugarakat is érzékeltek.
A neutrínók olyan szubatomi részecskék, amelyek tömege szinte zéró, és nagyon ritkán kerülnek interakcióba a látható anyaggal. Az IceCube Neutrino Observatory kutatói nagy energiájú kozmikus neutrínókat is találtak.
A gammasugarakat és a neutrínókat erős kozmikus gyorsítóknak vagy a kozmikus környezetnek kell létrehoznia. Az eredetük azonban ismeretlen. Sokan úgy gondolják, hogy az aktív szupernagy tömegű fekete lyukak (az úgynevezett aktív galaxismagok), ezeken belül különösen az erőteljes részecskesugarakat produkáló típusuk bocsáthatja ki a nagy energiájú gammasugarakat és a neutrínókat. A legújabb tanulmányok viszont azt írják, hogy ez nem lehet magyarázat a megfigyelt gammasugarakra és neutrínókra, vagyis más forrást kell találnunk.
Az új modell szerint nem csak az aktív fekete lyukak, de a nem aktív, „lecsillapodott” fekete lyukak is forrásai a gammasugaraknak és a neutrínóknak.
Minden galaxis központjában kell lennie egy szupernagy tömegű fekete lyuknak. Amikor a fekete lyukba anyag hullik, nagy mennyiségű gravitációs energia szabadul fel. A folyamat során felmelegszik a gáz, és nagy hőmérsékletű plazma keletkezik. A hőmérséklet a nem hatékony hűlés miatt akár a tízmilliárd Celsius-fokot is elérheti a lassan táplálkozó fekete lyukak esetében, és a plazma gammasugarakat produkál a megaelektronvoltos tartományban.
Az ilyen, már lecsillapodott fekete lyukak halványak, de sok van belőlük a Világegyetemben. A kutatócsoport megállapította, hogy a megfigyelt megaelektronvoltos gammasugarak jelentős része a lassan táplálkozó szupernagy tömegű fekete lyukakból származhat.
A plazmában a protonok nagyjából 10 ezerszer nagyobb energiára gyorsulhatnak fel, mint a Nagy Hadronütköztetőben, a legnagyobb ember által épített részecskegyorsítóban. A felgyorsult protonok nagy energiájú neutrínókat hoznak létre az anyaggal és sugárzással való interakciójuk során, amely a kozmikus neutrínó adatok nagy energiájú részét teheti ki. Ez az elképzelés alkalmazható az aktív fekete lyukakra, ahogy azt a korábbi kutatások kimutatták. A szupernagy tömegű fekete lyukak, köztük az aktív és a nem aktív galaxismagokkal, magyarázatot adhatnak az IceCube-al megfigyelt neutrínók nagy részére.
A jövőben a “multi-messenger” (többcsatornás) csillagászati megfigyelési programok segítségével felfedhetjük majd a nagy energiájú kozmikus részecskék eredetét. A kutatók szerint a neutrínóforrásoknak megvannak a gammasugár-megfelelői is a megaelektronvoltos tartományban. A meglévő gammasugár-detektorok többsége ezek észlelésére nem képes, de a jövőbeli gammasugár-kísérletek az új generációs neutrínókísérletekkel együtt képesek lesznek kimutatni a “multi-messenger” jeleket.
Forrás: Science Daily
