Самолеты Черной дыры могут отправлять трио частиц высоких энергий на Землю

Ученые в понедельник поделились новой теорией об одной из самых больших загадок вселенной, предлагая простой ответ на космический вопрос: каков источник космических лучей сверхвысоких энергий, нейтрино высоких энергий и гамма-лучей, которые путешествуют миллионы световых лет в достичь Земли?

В течение десятилетий физики пытались разгадать космическую тайну того, как эти три типа частиц - которые производят в миллионы раз больше энергии, чем мы могли бы когда-либо производить на Земле - достигают нашей планеты.

В прошлом году ученые, использующие аргентинскую обсерваторию имени Пьера Оже, пришли к выводу, что эти космические лучи не происходят из нашей галактики, но не предложили никаких конкретных идей о том, откуда они берутся.

Все может измениться сейчас. В статье, опубликованной в понедельник в журнале Физика природы пара физиков предполагают, что сверхмассивные струи черных дыр - вещества, выбрасываемого из черной дыры со скоростью, близкой к скорости света, - породили все три из этих экстремальных частиц:

• Космические лучи сверхвысоких энергий

• ПэВ нейтрино
• Изотропные суб-ТэВ гамма-лучи

Замечательное совпадение

Кохта Муразе, доцент кафедры физики, астрономии и астрофизики в Пеннском государственном университете, и исследователь в докторантуре Университета Мэриленда Ке Фанг (Ke Fang) совместно разработали эту новую модель, основанную на замечательном совпадении того, что все эти высокоэнергетические космические частицы имеют сравнимую энергию темпы генерации.

«Наша модель показывает способ понять, почему эти три типа космических частиц-мессенджеров имеют удивительно похожее количество энергии, вводимой во вселенную, несмотря на то, что они наблюдаются космическими и наземными детекторами более чем на десять порядков в энергия отдельных частиц », - сказал Мурасе в своем заявлении. Подобные интенсивности трех частиц заставили Мурасе и Фанга задуматься о том, существуют ли между ними физические отношения.

«Новая модель предполагает, что нейтрино очень высокой энергии и гамма-лучи высокой энергии естественным образом образуются в результате столкновений частиц как дочерние частицы космических лучей и, таким образом, могут наследовать сопоставимый энергетический баланс своих родительских частиц», - сказал Муразе. «Это демонстрирует, что подобная энергетика трех космических посланников не может быть простым совпадением».

Рожденные Чёрной Дыры

На самом деле, не только Мураз и Фанг утверждают, что это не случайно, но и утверждают, что все эти частицы имеют общее происхождение: струи черных дыр.

«В нашей модели космические лучи, ускоренные мощными струями активных ядер галактик, выходят через лепестки, которые часто встречаются в конце струй», - говорит первый автор Фанг. Когда лучи покидают струю, пишут Мураз и Фанг, столкновения частиц, описанные Муразом, производят нейтрино очень высокой энергии и гамма-лучи высокой энергии.

Это исследование является лишь небольшим шагом к лучшему пониманию так называемой «мессенджерной» эмиссии из черных дыр (мириада сигналов, генерируемых в космических событиях), но Мураз и Фанг надеются, что они смогут пролить новый свет на происхождение - и судьба - космического излучения, освещая отношения между этими тремя частицами.

Аннотация: Происхождение космических лучей сверхвысоких энергий (UHECR) представляет собой загадку полувековой давности. Загадка была углублена интригующим совпадением: более десяти порядков по энергии, скорости генерации энергии UHECR, PeV-нейтрино и изотропных γ-лучей с суб-ТэВ сравнимы, что намекает на великую объединенную картину. Здесь мы сообщаем, что мощные струи черных дыр в скоплениях галактик могут обеспечить общее происхождение всех этих явлений. После ускорения струей низкоэнергетические космические лучи, заключенные в радиолепе, адиабатически охлаждаются; космические лучи более высоких энергий, покидающие источник, взаимодействуют с намагниченным кластерным окружением и производят нейтрино и γ-лучи; частицы с наивысшей энергией выходят из кластера-хозяина и вносят вклад в наблюдаемые космические лучи выше 100 ПэВ. Модель согласуется со спектром, составом и изотропией наблюдаемых UHECR, а также объясняет нейтрино IceCube и неблазарную составляющую γ-фона Ферми, предполагая разумный выход энергии из струй черных дыр в кластерах.