|
Ветры черных дыр могут раскрыть тайну космических лучей
|
|
|
|
Исследователи из NTNU, возможно, нашли ответ на один из самых больших вопросов физики, на который пока нет ответа. Вселенная полна различных типов излучения и частиц, которые можно наблюдать здесь, на Земле. Сюда входят фотоны во всем диапазоне электромагнитного спектра, от самых низких радиочастот до гамма-лучей с самой высокой энергией. Сюда же относятся другие частицы, такие как нейтрино и космические лучи, которые движутся по Вселенной со скоростью, близкой к скорости света.
|
|
|
|
Любопытно, что "космические лучи" на самом деле являются не лучами — у этого названия есть исторические причины, — а мелкими частицами, в основном атомными ядрами, которые где-то во Вселенной разгоняются до огромных энергий. Хотя их источники еще не до конца изучены, они, скорее всего, связаны с некоторыми из самых экстремальных сред во Вселенной, такими как черные дыры, сверхновые или вращающиеся нейтронные звезды (разновидность мертвых звезд).
|
|
|
|
Но иногда космические лучи обладают гораздо более высокой энергией, чем обычно. Мы знаем об этом с 1962 года, но до сих пор понятия не имеем, почему.
|
|
|
|
Мы также не знаем, откуда берется это космическое излучение сверхвысокой энергии. Или мы знаем?
|
|
|
|
|
|
|
Причиной могут быть сверхмассивные черные дыры
|
|
|
|
Фотейни Иконому работает над этим делом. Она является доцентом физического факультета Норвежского университета науки и технологии (NTNU). В недавно опубликованной статье в журнале Monthly Notices Королевского астрономического общества она и ее коллеги предлагают совершенно новое и правдоподобное объяснение.
|
|
|
|
Ведущим автором является доктор философии, научный сотрудник Доменик Элерт из того же отдела. В состав команды также входит аспирант Энрико Перетти из Университета Париж-Сите. Их работа сосредоточена на физике астрочастиц, которая изучает взаимосвязь между мельчайшими частицами во Вселенной и крупнейшими явлениями во Вселенной.
|
|
|
|
"Мы подозреваем, что это высокоэнергетическое излучение создается ветрами из сверхмассивных черных дыр", - сказал Ойконому.
|
|
|
|
Но что, черт возьми, это значит?
|
|
Активные черные дыры создают ветры
|
|
|
|
Млечный Путь - это район Вселенной, где мы с вами живем. Наше солнце и Солнечная система являются частью этой галактики, наряду по меньшей мере со 100 миллиардами других звезд.
|
|
|
|
"Прямо в центре Млечного Пути находится черная дыра под названием Стрелец-А*. В настоящее время эта черная дыра находится в спокойной фазе, когда она не поглощает звезды, поскольку поблизости недостаточно вещества", - объяснил Перетти.
|
|
|
|
Это контрастирует с растущими сверхмассивными активными черными дырами, которые ежегодно поглощают в несколько раз больше массы нашего Солнца.
|
|
|
|
"Небольшая часть материи может быть отброшена силой притяжения черной дыры, прежде чем она будет втянута внутрь. В результате около половины этих сверхмассивных черных дыр создают ветры, которые движутся по Вселенной со скоростью, равной половине скорости света", - сказал Перетти.
|
|
|
|
Мы знаем об этих гигантских ветрах уже около десяти лет, и, выдувая газы, они могут воздействовать на окружающие галактики и препятствовать образованию новых звезд. Это само по себе достаточно драматично, но Ойконому и ее коллеги обратили внимание на нечто другое, гораздо более мелкое, причиной чего могли быть эти ветры.
|
|
|
|
"Возможно, что эти мощные ветры ускоряют частицы, которые создают излучение сверхвысокой энергии", - сказал Элерт.
|
|
|
|
Чтобы понять это, нам также нужно немного рассказать об атомах.
|
|
|
|
Атомы и огромное количество энергии
|
|
|
|
Атомы состоят из ядра, состоящего из протонов и нейтронов. Эти частицы состоят из кварков, но нам нет необходимости сейчас вдаваться в подробности.
|
|
|
|
Один или несколько электронов могут находиться вокруг этого ядра в так называемом облаке.
|
|
|
|
"Излучение сверхвысокой энергии состоит из протонов или атомных ядер с энергией до 1020 электрон-вольт", - объяснил Ойконому.
|
|
|
|
Если это число для вас ничего не значит, вы должны знать, что в данном контексте это абсолютно огромное количество энергии.
|
|
|
|
"Такая частица, которая меньше атома, содержит примерно столько же энергии, сколько теннисный мяч, когда Серена Уильямс подает его со скоростью 200 километров в час", - сказал Ойконому.
|
|
|
|
Это соответствует примерно в миллиард раз большей энергии, чем у частиц, созданных исследователями на Большом адронном коллайдере в Швейцарии и Франции.
|
|
|
|
К счастью, эти космические лучи разрушаются атмосферой Земли. Когда они достигают уровня земли, они так же безвредны, как и все другие космические излучения, которые мы получаем.
|
|
|
|
"Но для астронавтов космическая радиация является очень серьезной проблемой", - сказал Иконому.
|
|
|
|
Экипажам авиакомпаний не нужно беспокоиться по этому поводу, потому что они летают не так высоко.
|
|
|
|
"Астронавтов больше всего беспокоит космическое излучение низкой энергии, создаваемое нашим собственным солнцем, потому что оно встречается гораздо чаще. Лучи, которые мы изучаем, настолько редки, что крайне маловероятно, что они пройдут сквозь астронавта", - объяснила она.
|
|
Другие подозреваемые
|
|
|
|
Ранее исследователи изучали, происходят ли эти высокоэнергетические частицы от гамма-всплесков, от галактик, которые создают новые звезды с чрезвычайно высокой скоростью, или от потоков плазмы из сверхмассивных черных дыр.
|
|
|
|
Однако у Ойконому и ее коллег есть другая гипотеза.
|
|
|
|
"Все остальные гипотезы являются очень хорошими предположениями — все они представляют собой источники, которые содержат много энергии. Но никто не представил доказательств того, что какая-либо из них является источником. Именно поэтому мы решили исследовать ветры, исходящие от сверхмассивных черных дыр", - сказал Элерт.
|
|
|
|
Виновен? Может быть
|
|
|
|
Итак, что же мы на самом деле знаем? Действительно ли ветры создают частицы высокой энергии в космическом излучении?
|
|
|
|
"Наш ответ - скорее осторожное "возможно", - сказал Ойконому.
|
|
|
|
Это звучит не особенно драматично. Однако, когда исследователи задают подобные вопросы, они часто испытывают волнение и думают: "ДА, возможно, так оно и есть!", но это не значит, что в данном случае дело обстоит именно так.
|
|
|
|
"Мы обнаружили, что условия, связанные с этими ветрами, особенно хорошо согласуются с ускорением частиц. Но мы все еще не можем доказать, что именно эти ветры ускоряют частицы, стоящие за космическим излучением высокой энергии", - заключила она.
|
|
|
|
Однако модель, которую они используют, может объяснить один специфический аспект этих частиц, который мы до сих пор не понимаем. В определенном диапазоне энергий частицы имеют химический состав, который другие модели не могут объяснить каким-либо значимым образом.
|
|
|
|
"Мы также можем протестировать модель с помощью нейтринных экспериментов", - сказал Ойконому.
|
|
|
|
Однако это тема для совершенно другой статьи.
|
|
|
|
"В ближайшие годы мы надеемся сотрудничать с нейтринными астрономами, чтобы проверить нашу гипотезу", - добавил Иконому.
|
|
|
|
Возможно, тогда они найдут больше доказательств, так или иначе.
|
|
|
|
Источник
|
