Mohly by černé díry pomoci vysvětlit původ kosmického záření s vysokou energií?
Vesmír je naplněn mnoha formami záření a částic, které mohou být zde detekovány zde na Zemi. Mezi nimi jsou fotony, které pokrývají celé elektromagnetické spektrum, od nejnižších rádiových vln po nejenergičtější gama paprsky. Mezi další příklady patří nepolapitelná neutrina a kosmické paprsky, které obě cestují přes prostor téměř rychlostí světla.
Je zajímavé, že navzdory jejich jménu „kosmické paprsky“ nejsou vůbec paprsky. Termín uvízl z historických důvodů, ale ve skutečnosti se jedná o malé částice, zejména atomová jádra, které byly poháněny mimořádné energie někde ve vesmíru. Vědci již dlouho měli podezření, že tyto částice pocházejí z některých nejextrémnějších nastavení vesmíru, včetně černých děr, explodujících hvězd nebo točení neutronových hvězd (typ mrtvé hvězdy).
Každý tak často se však kosmické paprsky objevují s mnohem větší energií než obvykle. Tyto ultra-vysokoenergetické částice mají zmatené vědce od doby, kdy byly poprvé identifikovány v roce 1962, a jejich původ zůstává záhadou.
Tým z Norwegian University of Science and Technology (NTNU) Může být nyní blíže k řešení této trvalé hádanky ve fyzice.
Příčinou mohou být supermasivní černé díry
Foteini Oikonomou, docent na NTNU’s Department of Physics, pracuje na případu. V nedávném článku představují ona a její kolegové zcela nové a věrohodné vysvětlení tohoto ultra-vysokoenergetického záření.
Hlavním autorem je PhD Research Fellow Domenik Ehlert ze stejného oddělení. Tým zahrnuje také postdoktorandský kolegu Enrico Peretti z Université Paris Cité. Jejich práce se zaměřuje na fyziku astročástice, která studuje vztah mezi nejmenšími částicemi ve vesmíru a největším jevem vesmíru.
„Máme podezření, že toto vysoce energetické záření je vytvářeno větry z supermassivních černých děr,“ řekl Oikonomou.
Ale co to na Zemi znamená?
Aktivní černé díry vytvářejí větry
The Mléčná dráha je sousedství ve vesmíru, kde žijeme vy a já. Naše slunce a sluneční soustava jsou součástí této galaxie a nejméně 100 miliard dalších hvězd.
„Existuje.“ černá díra Volal Střelec a* nachází se přímo ve středu Mléčné dráhy. Tato černá díra je v současné době v tiché fázi, kde nekonzumuje žádné hvězdy, protože v okolí není dostatek záležitosti, “řekl Peretti.
To kontrastuje s rostoucími supermassivními a aktivními černými otvory, které každý rok konzumují až několikrát hmotnost našeho vlastního slunce.
„Malá část materiálu může být odsunuta silou černé díry před jejím vtažením. V důsledku toho přibližně polovina těchto supermasivních černých děr vytváří větry, které se pohybují vesmírem až do poloviny rychlosti světla,“ řekl Peretti.
O těchto gigantických větrech jsme věděli přibližně deset let. Větry z těchto černých děr mohou ovlivnit galaxie. Odfouknutím plynů mohou například zabránit novým hvězdám. To je samo o sobě dostatečně dramatické, ale Oikonomou a její kolegové se podívali na něco jiného, mnohem menšího, že tyto větry by mohly být příčinou. “
Je možné, že tyto silné větry urychlují částice, které vytvářejí ultra vysokou energii, “řekl Ehlert.
Abychom tomu pochopili, musíme také trochu vysvětlit atomy.
Atomy a obrovské množství energie
Atomy se skládají z jádra, které je tvořeno protony a neutrony. Tyto částice jsou tvořeny kvarky, ale teď se do toho nemusíme dostat.
Jeden nebo více elektronů najdete kolem tohoto jádra v tzv. Cloudu.
„Ultra-vysokoenergetické záření se skládá z protonů nebo atomových jádra s energií do 1020 elektronových voltů,“ vysvětlil Oikonomou.
Pokud pro vás toto číslo neznamená nic, měli byste vědět, že v této souvislosti je to naprosto obrovské množství energie.
„Taková částice, která je menší než atomObsahuje asi tolik energie jako tenisový míč, když Serena Williams slouží na 200 kilometrů za hodinu, “řekl Oikonomou.
Odpovídá přibližně miliardkrát více energie než částice vytvořené vědci v Velký hadron Collider ve Švýcarsku a Francii.
Naštěstí jsou tyto kosmické paprsky zničeny zemskou atmosférou. Když dosáhnou úrovně země, jsou stejně neškodné jako veškeré ostatní kosmické záření, které se k nám dostane na zemský povrch.
„Ale pro astronauty je kosmické záření velmi vážným problémem,“ řekl Oikonomou.
Posádky leteckých společností se o to nemusí starat, protože nelétají dostatečně vysoko.
„Hlavním zájmem o astronauty je kosmické nízkoenergetické záření produkované naším vlastním sluncem, protože je to mnohem běžnější. Paprsky, které studujeme, jsou natolik vzácné, že je nesmírně nepravděpodobné, že by procházely astronautem,“ řekla.
Další podezřelí
Dříve se vědci podívali na to, zda tyto vysoce energetické částice pocházejí z výbuchu gama paprsků, z galaxií, které vytvářejí nové hvězdy extrémně vysokou rychlostí, nebo z plazma Odtoky ze supermassivních černých děr.
Nicméně, Oikonomou a její kolegové mají další hypotézu.
„Všechny ostatní hypotézy jsou velmi dobré odhady – jsou to všechny zdroje, které obsahují hodně energie. Nikdo však neposkytl důkaz, že by některá z nich byla zdrojem. Proto jsme se rozhodli prozkoumat větry z supermasivních černých děr,“ řekl Ehlert.
Vinen? Možná
Co tedy vlastně víme? Jsou to větry, které vytvářejí vysokoenergetické částice v kosmickém záření?
„Naše odpověď je spíše opatrná“ možná „, řekl Oikonomou.
To nezní zvlášť dramaticky. Když však vědci kladou otázky, jako je tento, často pociťují pocit vzrušení a myslí si, že „ano, může to být jen tak!“, Ale to neznamená, že tomu tak je v tomto případě.
„Zjistili jsme, že podmínky související s těmito větry se obzvláště dobře hodí s zrychlením částic.
Model, který vědci používají, však může vysvětlit jeden konkrétní aspekt těchto částic, kterým stále nerozumíme. V určitém rozsahu energie mají částice chemické složení, které jiné modely nemohou vysvětlit žádným smysluplným způsobem.
„Můžeme také testovat model pomocí neutrino experimentů,“ řekl Oikonomou.
To je však něco pro úplně jiný článek.
„V nadcházejících letech doufáme, že spolupracujeme s neutrinovým astronomy na testování naší hypotézy,“ řekl Oikonomou. Možná pak najdou více důkazů, tak či onak.
Reference: „Ultra-vysokoenergetické kosmické paprsky z ultra rychlých odtoků aktivních galaktických jádra“ od Domenika Ehlert, Foteini Oiconomou a Enrico Peretti, 19. března 2025, Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.
Doi: 10.1093/mnras/staf457
Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.
Sledujte nás Google a Google News.
