Когда черные дыры сталкиваются, они производят нейтрино
С тех пор, как астрономы впервые обнаружили нейтрино сверхвысоких энергий, исходящие из случайных направлений в космосе, они не могли понять, что их генерирует. Но новая гипотеза предполагает маловероятный источник: слияние черных дыр. Нейтрино — чрезвычайно призрачные частицы. Они не несут электрического заряда и лишь изредка взаимодействуют с обычным веществом посредством слабого ядерного взаимодействия. Каждую секунду через каждый квадратный сантиметр вашего тела проходят триллионы нейтрино. Поэтому для их захвата требуются поистине огромные обсерватории.
Самой большой из них является нейтринная обсерватория IceCube, представляющая собой серию детекторов, погруженных в антарктический ледяной щит на Южном полюсе. Иногда нейтрино ударяется о молекулу водяного льда и вызывает вспышку света, которую может обнаружить обсерватория. В то время как IceCube видел бесчисленное количество событий за эти годы, некоторые из них выделяются. Некоторые нейтрино чрезвычайно энергичны — настолько энергичны, что трудно придумать правдоподобные сценарии, которые могли бы их генерировать. На другом конце спектра, пожалуй, самыми мощными объектами во Вселенной являются черные дыры. Их сильная гравитация может разорвать звезды и даже привести к образованию джетов, которые могут вырваться на десятки тысяч световых лет в космос.
Итак, новое исследование, опубликованное на сервере препринтов arXiv, предполагает, что черные дыры могут быть ответственны за нейтрино самых высоких энергий. Однако это не может работать с изолированными черными дырами. Вместо этого черные дыры должны быть окружены электрически заряженной плазмой. Эта плазма будет вращаться вокруг черной дыры, образуя аккреционный диск. Невероятно сильные магнитные и электрические поля в аккреционном диске могут обвивать черную дыру и выбрасывать материал наружу в виде струи. Когда две черные дыры сливаются, это меняет направление струи, и иногда струи могут получать импульс от гравитационной энергии, высвобождаемой при слиянии. Авторы нового исследования предполагают, что при правильных условиях усиление струи во время слияния может питать нейтрино с безумно высокой энергией.
Чтобы соответствовать наблюдаемому количеству нейтрино высокой энергии, которое обнаружил IceCube, авторы предполагают, что эти черные дыры не должны сливаться так часто. Если нейтрино питаются от слияния сверхмассивных черных дыр, то им нужно сталкиваться только каждые 100 000–10 миллионов лет в каждом кубическом гигапарсеке объема. Если вместо этого нейтрино питаются от слияний черных дыр звездной массы, то они должны происходить всего от 10 до 100 раз в год в каждом кубическом гигапарсеке объема. Это многообещающие цифры, потому что результаты находятся в пределах ожидаемого диапазона скоростей слияния как черных дыр звездной массы, так и сверхмассивных черных дыр. Так как механизмы идут, это правдоподобно. Только больше наблюдений сможет сказать об этом, и, надеюсь, астрономы смогут точно определить источник этих чрезвычайно энергичных экзотических частиц.
