Existuje někde ve vesmíru, kde bychom mohli uniknout radiaci? Tady na Zemi určitě ne. A ne v samotném prostoru, který je naplněn difúzním zářením v podobě gama paprsků a neutrin. Vědci se snažili vysvětlit, odkud všechna ta gama paprsky a neutrina pocházejí. Trio výzkumníků v novém článku navrhuje zdroj všeho toho záření: odpočívající černé díry.
Supermasivní černé díry (SMBH) pravděpodobně sídlí v centru každé velké galaxie, jako je Mléčná dráha. Když tyto SMBH aktivně nahromadí hmotu, mohou vyvrhnout spoustu záření napříč celým spektrem, od rádiových vln po gama paprsky. Když se to stane, jsou povoláni aktivní galaktická jádra . Ale co SMBH, které jsou tiché?
Nová studie říká, že i klidové SMBH vyzařují gama záření a neutrina. Tento objev pomáhá vysvětlit, proč je vesmír zaplaven energetickými částicemi.
Název příspěvku je „ Měkké gama paprsky z nízko přibývajících supermasivních černých děr a spojení s energetickými neutriny. Je publikován v časopise Nature Communications a hlavním autorem je Shigeo Kimura z Tohoku University v Sendai v Japonsku.
Aktivní jádra galaxií, jako je toto, chrlí spoustu záření. Astronomové se domnívají, že část difúzního záření vesmíru pochází z klidnějších černých děr. Poděkování: NASA/Dana Berry, SkyWorks Digital
Neutrina jsou téměř bezhmotné subatomární částice a jsou elektricky neutrální, a proto dostaly své jméno. Výsledkem je, že jejich gravitační interakce je téměř nulová a neinteragují s silná jaderná síla buď. Je extrémně obtížné je odhalit a právě teď procházejí vaším tělem.
Gama paprsky , na druhou stranu není těžké odhalit. Jsou to nejenergičtější fotony ve vesmíru a vy rozhodně nechcete, aby vaše tělo procházelo. Uvolňují se mimo jiné při výbuchu atomové bomby. Vesmírné detektory objevily gama záření s napětím v rozsahu gigaelektronů. Pokud rozsahy elektronových voltů nejsou vaše věc, představte si je o řádech energičtější než viditelné světlo.
Takže vědci vědí hodně o neutrinech i gama záření, jen si nejsou jisti, odkud všechny pocházejí. Tento výzkum by mohl mít odpověď. „Vesmír je vyplněn difúzním pozadím gama záření MeV a neutrin PeV, jejichž původ je neznámý. Zde navrhujeme scénář, který dokáže zohlednit obě pozadí současně,“ píší autoři.
Vědci si myslí, že vědí, odkud pocházejí silné gama záření na pozadí v rozsahu gigaelektronových (GeV) až teraelektronových (TeV) voltů. Pocházejí z AGN a pravděpodobně hvězdotvorných galaxií. Ale zdroj měkčích gama paprsků, ty v rozsahu megaelektronvoltů (MeV), není znám. Totéž s mnoha neutriny.
Tento článek ukazuje, že galaktická jádra s nízkou svítivostí by mohla odpovídat za neutrina i gama záření.
Počítačová simulace plazmatu poblíž černé díry. Kredit: Hotaka Shiokawa / EHT
Obrovská hmotnost černé díry a gravitační přitažlivost k ní přitahuje hmotu. Tvoří akreční disk vířící hmoty a nakonec hmota spadne do černé díry. Když k tomu dojde, uvolní se obrovské množství gravitační energie. Tato energie ohřívá plyn kolem díry a vytváří plazmu. V tomto případě má černá díra s nízkou akrecí nedostatečné chlazení a teplota plazmatu může dosáhnout desítek miliard stupňů Celsia.
Co se stane, je, že plazma energetizuje protony v extrémní míře. Mohou být 10 000krát energetičtější, než čeho může dosáhnout Velký hadronový urychlovač (LHC), a LHC je náš nejvýkonnější urychlovač částic. Jak tyto vysokorychlostní protony interagují s hmotou a zářením, produkují neutrina. To může odpovídat za vyšší energetický rozsah neutrin detekovaných ve vesmíru.
Podobný mechanismus produkuje gama záření. Jak elektrony dosahují extrémně vysokých teplot, stávají se účinnými producenty gama záření v rozsahu MeV prostřednictvím procesu zvaného komptonizace.
Tento obrázek ze studie ukazuje, jak jemné SMBH mohou produkovat difúzní neutrina a gama paprsky, které zaplavují vesmír. Obrazový kredit: Shigeo S. Kimura.
Vysokoteplotní plazma kolem tichých černých děr tedy může produkovat neutrina a gama záření. I když jsou tyto typy černých děr matné a těžko viditelné, je jich hodně. Je rozumné si myslet, že by mohly odpovídat za radiaci pozadí ve formě gama záření a neutrin.
Ale to je jen navrhovaný mechanismus. Zatím neexistuje žádný přesvědčivý důkaz. odkud to přijde?
Většina našich detektorů gama záření není naladěna na frekvenci MeV. Jsou naladěni na vyšší energetické úrovně. Co je potřeba, je to, co autoři nazývají detektorem „multissenger“. Jedná se o detektor, který detekuje jak gama záření, tak neutrina současně, ve správných energetických rozsazích. Navrhované mise jako e-ASTROGAM , Celooblohová observatoř střední energie gama záření (AMEGO) a Průzkum gama záření a antihmoty (GRAMS) by měl pomoci.
