Onko universumissa mitään paikkaa, missä voimme paeta säteilyä? Ei tietenkään täällä maan päällä. Eikä itse avaruudessa, joka on täynnä hajasäteilyä gammasäteiden ja neutriinojen muodossa. Tiedemiehet ovat yrittäneet selittää, mistä kaikki nuo gammasäteet ja neutriinot ovat peräisin. Tutkijakolmio ehdottaa uudessa paperissa lähdettä kaikelle tälle säteilylle: lepääviä mustia aukkoja.
Supermassiiviset mustat aukot (SMBH) sijaitsevat todennäköisesti jokaisen suuren galaksin, kuten Linnunradan, keskellä. Kun nuo SMBH:t keräävät aktiivisesti ainetta, ne voivat sylkeä paljon säteilyä koko spektrin läpi radioaalloista gammasäteisiin. Kun se tapahtuu, heitä kutsutaan aktiiviset galaktiset ytimet . Mutta entä pk-yritykset, jotka ovat hiljaisia?
Uusi tutkimus sanoo, että jopa lepotilassa olevat SMBH:t lähettävät gammasäteitä ja neutriinoja. Löytö auttaa selittämään, miksi universumi on täynnä energeettisiä hiukkasia.
Lehden otsikko on ' Pehmeitä gammasäteitä vähän lisääntyvistä supermassiivisista mustista aukoista ja yhteys energisiin neutriinoihin.' Se on julkaistu Nature Communications -lehdessä, ja pääkirjoittaja on Shigeo Kimura Tohokun yliopistosta Sendaista, Japanista.
Tämän kaltaiset aktiiviset galaksiytimet sylkevät paljon säteilyä. Tähtitieteilijät uskovat, että osa maailmankaikkeuden hajasäteilystä tulee rauhallisemmista mustista aukoista. Kiitos: NASA/Dana Berry, SkyWorks Digital
Neutriinot ovat lähes massattomia subatomisia hiukkasia ja ovat sähköisesti neutraaleja, mistä ne saavat nimensä. Seurauksena on, että niiden painovoimavuorovaikutus on lähellä nollaa, eivätkä ne ole vuorovaikutuksessa sen kanssa vahva ydinvoima jompikumpi. Niitä on erittäin vaikea havaita, ja ne kulkevat tällä hetkellä kehosi läpi.
Gammasäteet toisaalta, ei ole vaikea havaita. Ne ovat universumin energisimpiä fotoneja, etkä todellakaan halua kulkevan kehosi läpi. Niitä vapautuu muun muassa atomipommin räjähdyksissä. Avaruuteen perustuvat ilmaisimet ovat löytäneet gammasäteitä, joiden jännite on gigaelektronialueella. Jos elektronivolttialueet eivät ole sinun juttusi, ajattele niitä vain suuruusluokittain energisempinä kuin näkyvä valo.
Joten tiedemiehet tietävät paljon sekä neutriinoista että gammasäteistä, mutta he eivät vain ole varmoja, mistä ne kaikki tulevat. Tällä tutkimuksella voi olla vastaus. 'Universumi on täynnä MeV-gammasäteilyä ja PeV-neutriinoja, joiden alkuperää ei tunneta. Tässä ehdotamme skenaariota, joka voi ottaa huomioon molemmat taustat samanaikaisesti', kirjoittajat kirjoittavat.
Tiedemiehet luulevat tietävänsä, mistä voimakkaat tausta-gammasäteilyt gigaelektronivolttien (GeV) - teraelektronivolttien (TeV) välillä ovat peräisin. Ne ovat peräisin AGN:istä ja luultavasti tähtiä muodostavista galakseista. Mutta pehmeämpien gammasäteiden lähde, megaelektronivoltin (MeV) alueella, ei ole tiedossa. Sama monien neutriinojen kanssa.
Tämä artikkeli osoittaa, että matalan valoisuuden galaktiset ytimet voivat selittää sekä neutriinot että gammasäteet.
Tietokonesimulaatio plasmasta lähellä mustaa aukkoa. Luotto: Hotaka Shiokawa / EHT
Mustan aukon valtava massa ja painovoima vetää ainetta sitä kohti. Se muodostaa pyörteisen aineen kertymäkiekon, ja lopulta aine putoaa mustaan aukkoon. Kun näin tapahtuu, vapautuu valtava määrä gravitaatioenergiaa. Tämä energia lämmittää kaasua reiän ympärillä ja luo plasmaa. Tässä tapauksessa vähän kertyvä musta aukko ei jäähdytä riittävästi ja plasman lämpötila voi nousta kymmeniin miljardeihin celsiusasteisiin.
Mitä tapahtuu, plasma energisoi protoneja äärimmäisessä määrin. Ne voivat olla 10 000 kertaa energisempiä kuin Large Hadron Collider (LHC) pystyy saavuttamaan, ja LHC on tehokkain hiukkaskiihdyttimemme. Kun nämä nopeat protonit ovat vuorovaikutuksessa aineen ja säteilyn kanssa, ne tuottavat neutriinoja. Tämä voi selittää avaruudessa havaitut korkeamman energiaalueen neutriinot.
Samanlainen mekanismi tuottaa gammasäteitä. Kun elektronit saavuttavat erittäin korkeita lämpötiloja, niistä tulee tehokkaita gammasäteiden tuottajia MeV-alueella Comptonization-nimisen prosessin kautta.
Tämä kuva tutkimuksesta osoittaa, kuinka pehmeät SMBH:t voivat tuottaa hajaneutriinoja ja gammasäteitä, jotka tulvivat maailmankaikkeuden. Kuvan luotto: Shigeo S. Kimura.
Joten korkean lämpötilan plasma hiljaisten mustien aukkojen ympärillä voi tuottaa neutriinoja ja gammasäteitä. Vaikka tämäntyyppiset mustat aukot ovat himmeitä ja vaikeasti havaittavissa, niitä on paljon. On järkevää ajatella, että ne voisivat selittää taustasäteilyn gammasäteilyn ja neutriinojen muodossa.
Mutta tämä on vain ehdotettu mekanismi. Ei ole vielä varmaa näyttöä. Mistä se tulee?
Suurin osa gamma-ilmaisimistamme ei ole viritetty MeV-taajuudelle. Ne on viritetty korkeammalle energiatasolle. Tarvitaan sitä, mitä kirjoittajat kutsuvat 'multimesenger'-ilmaisimeksi. Se on ilmaisin, joka havaitsee sekä gammasäteet että neutriinot samanaikaisesti oikeilla energia-alueilla. Ehdotetut tehtävät, kuten e-ASTROGAM , Koko taivaan keskienergiainen gammasädeobservatorio (AMEGO) , ja Gamma-ray and AntiMatter Survey (GRAMS) pitäisi auttaa.
Lisää:
- Lehdistötiedote: Gammasäteet ja neutriinot Mellow Supermassive Black Holesista
- Tutkimus: Pehmeitä gammasäteitä vähän lisääntyvistä supermassiivisista mustista aukoista ja yhteys energisiin neutriinoihin
- Universumi tänään: Lopuksi vastaus siihen, miksi gammasäteet tulevat näennäisesti tyhjästä avaruudesta