Black Hole Jets kunne sende Trio af High-Energy Partikler på Jorden

Forskere på mandag delte en ny teori om et af universets største mysterier og gav et simpelt svar på et kosmisk spørgsmål: Hvad er kilden til kosmiske stråler med høj energi, højtydende neutrin og gamma stråler, der rejser millioner af lysår til nå jorden?

I årtier har fysikere forsøgt at løse det kosmiske mysterium om, hvordan disse tre typer af partikler - der producerer millioner af gange mere energi, end vi nogensinde kunne producere på jorden - ankommer til vores planet.

Sidste år konkluderede forskere, der anvender Argentins Pierre Auger Observatory, at disse kosmiske stråler ikke kommer fra vores galakse, men foreslår ikke nogen specifikke ideer om, hvor de kommer fra.

Det kan alle ændre sig nu. I et papir udgivet mandag i tidsskriftet Naturfysik, foreslår et par fysikere, at supermassive sorte hulstråler - der er udstødt fra et sort hul i nærheden af ​​lysets hastighed - fødte alle tre af disse ekstreme partikler:

• Ultra-high-energy kosmiske stråler

• PeV neutrinos
• Isotrope sub-TeV gamma-stråler

Et bemærkelsesværdigt tilfælde

Kohta Murase, en assisterende professor i fysik, astronomi og astrofysik ved Penn State University og University of Maryland postdoktor forsker Ke Fang samarbejdede for at udvikle denne nye model, der hviler på det bemærkelsesværdige tilfælde at disse høj-energi kosmiske partikler alle har sammenlignelig energi generation satser.

"Vores model viser en måde at forstå, hvorfor disse tre typer kosmiske messengerpartikler har en overraskende tilsvarende mængde strømindgang i universet, på trods af at de observeres af rumbaserede og jordbaserede detektorer over ti størrelsesordener i individuel partikelenergi, "sagde Murase i en erklæring. De tre partiers lignende intensiteter førte Murase og Fang til at undre sig over, om der er et fysisk forhold mellem dem.

"Den nye model tyder på, at meget højtydende neutrinoer og højtydende gammastråler naturligt produceres via partikelkollisioner som datterpartikler af kosmiske stråler, og kan således arve deres tilsvarende forældrede partikler," siger Murase. "Det demonstrerer, at de tre kosmiske budbringers lignende energi ikke kan være en tilfældighed."

Født af Black Hole Jets

Faktisk hævder Murase og Fang ikke bare, at det ikke er tilfældigt, de siger, at disse partikler alle har en fælles oprindelse: sorte hulstråler.

"I vores model flyver kosmiske stråler accelereret af kraftige stråler af aktive galaktiske kerner gennem de radiobølger, der ofte findes i slutningen af ​​strålerne," siger forfatteren Fang. Da strålerne forlader strålen, skriver Murase og Fang, de partikelkollisioner, Murase beskrev, producerer meget højtydende neutrinoer og højtydende gammastråler.

Denne forskning er kun et lille skridt i retning af en bedre forståelse af den såkaldte "multi messenger" emission fra sorte huller (de utallige signaler, der produceres i kosmiske begivenheder), men Murase og Fang håber, at de kan kaste nyt lys på oprindelsen - og skæbne - af kosmisk stråling ved at belyse forholdet mellem disse tre partikler.

Abstrakt: Oprindelsen af ​​ultrahøj-energi kosmiske stråler (UHECRs) er et halvt århundredgamle gåde. Mystiet er blevet fordybet af et spændende tilfældighed: over ti størrelsesordener i energi er energiforbrugshastigheden af ​​UHECR'er, PeV-neutriner og isotrope sub-TeV-stråler sammenlignelige, hvilket tyder på et stort samlet billede. Her rapporterer vi, at kraftige sorte hulstråler i aggregater af galakser kan levere den fælles oprindelse til alle disse fænomener. Når en gang er accelereret af en stråle, nedkøles lav-energi kosmiske stråler i radiobæren adiabatisk afkølet; Højere energi kosmiske stråler, der forlader kilden, interagerer med det magnetiserede klyngemiljø og producerer neutriner og y-stråler; de højeste energi partikler undslipper fra værts klyngen og bidrager til de observerede kosmiske stråler over 100 PeV. Modellen er i overensstemmelse med spektret, sammensætningen og isotropien af ​​de observerede UHECR'er, og forklarer også IceCube-neutrinerne og ikke-blazar-komponenten af ​​Fermi-y-ray-baggrunden, idet der antages en rimelig energiudgang fra sorte hulstråler i klynger.