Чи вітри чорних дір створюють космічне випромінювання?

Дослідники з Норвезького університету науки і технологій припускають, що надмасивні чорні діри можуть бути джерелом надвисокоенергетичного космічного випромінювання.

В основі матерії лежать атоми, кожен з яких має ядро з протонів і нейтронів, оточене хмарою електронів. Протони — носії позитивного заряду — складаються з більш дрібних частинок, званих кварками, але на цьому етапі дослідження це не ключовий аспект. Справжня інтрига виникає, коли мова заходить про частинки з енергією до $10^{20}$ електрон-вольт, які входять до складу надвисокоенергетичного космічного випромінювання.

«Така частинка, менша за атом, містить приблизно стільки ж енергії, скільки тенісний м’яч при подачі Серени Вільямс», – пояснює Фотєїні Ойкономоу. Це приблизно в мільярд разів більше, ніж енергія частинок, що утворюються у Великому адронному колайдері. Попри загрозливу величину, більшість із них зруйновується у верхніх шарах атмосфери, не досягаючи поверхні Землі.

Загроза в космосі, але не на Землі

На рівні земної поверхні ці частинки безпечні, проте «для астронавтів космічна радіація є дуже серйозною проблемою», зазначає Ойкономоу. Літаків це не стосується, оскільки вони літають занадто низько. Більшу небезпеку становить низькоенергетичне випромінювання Сонця, яке, хоча й менш енергетичне, значно поширеніше.

Дослідники розглядали численні джерела такого випромінювання: гамма-спалахи, зоряні галактики, струмені плазми від чорних дір. Але нове дослідження пропонує іншу гіпотезу: «Ми вирішили дослідити вітри з надмасивних чорних дір», – пояснює Доменік Елерт.

Вітри чорних дір як потенційне джерело

Активні надмасивні чорні діри здатні викидати частину матерії у вигляді потужних вітрів. «Ці вітри можуть рухатися зі швидкістю до половини швидкості світла», – додає Енріко Перетті. На відміну від нашої чорної діри Стрілець-А*, яка зараз пасивна, деякі інші поглинають речовину та викидають її назовні з колосальною енергією.

Саме ці високошвидкісні вітри можуть створювати умови для прискорення частинок до надзвичайних енергій. «Ми виявили, що ці умови добре узгоджуються з характеристиками відомих нам частинок», – говорить Ойкономоу. Але додала: «Ми поки не можемо довести, що саме ці вітри є причиною космічного випромінювання».

Попри обнадійливу модель, вона потребує додаткового підтвердження. «Ми сподіваємося співпрацювати з нейтринними астрономами», – каже Ойкономоу. Нейтрино, як невловимі частинки, можуть допомогти виявити, чи справді ці вітри породжують космічне випромінювання.

Зрештою, космічні промені — це не фотонне випромінювання, а заряджені частинки, здебільшого атомні ядра, які рухаються майже зі швидкістю світла. Їх походження лишається загадкою з 1962 року. І хоча існує безліч джерел, «ніхто не надав доказів того, що будь-яке з них є джерелом», – підкреслює Елерт.

Космос як прискорювач

Модель дослідників також пояснює особливість складу частинок у певному енергетичному діапазоні, що досі не мала пояснення. Це ще один аргумент на користь чорнодірних вітрів. Якщо підтвердиться, це відкриє нову сторінку у фізиці високих енергій та допоможе краще зрозуміти взаємозв’язок між надмасивними структурами та мікроскопічними частинками.

Отже, чи є надмасивні чорні діри джерелом цього космічного феномену? «Скоріше, можливо», – відповідає Ойкономоу. І хоча це звучить обережно, науковий прогрес і починається з подібних “можливо”, які з часом можуть стати переконливим “так”.