Мюонное нейтрино формируются в результате слияния чёрных дыр. Авторы и права: NASA.
С тех пор как астрономы впервые обнаружили мюонное нейтрино, исходящие из случайных областей в космосе, они не могли понять, что их генерирует. Но новая гипотеза предполагает маловероятный источник: слияния чёрных дыр.
Нейтрино – это своего рода 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. Самая большая из всех – нейтринная обсерватория IceCube, представляющая собой серию детекторов, погружённых в антарктический ледяной щит на Южном полюсе. Иногда нейтрино ударяется о молекулу водяного льда и вызывает вспышку света, которую может обнаружить детектор в обсерватории.
В то время как IceCube видел бесчисленное количество событий за годы своей работы, 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 чёрные дыры. Их сильная гравитация может разорвать звёзды и даже привести к образованию джетов, которые могут вырываться на десятки тысяч световых лет в космос.
Таким образом, новое исследование предполагает, что чёрные дыры могут быть ответственны за нейтрино с самой высокой энергией. Однако это не касается изолированных чёрных дыр. Вместо этого чёрные дыры должны быть окружены электрически заряженной плазмой. Эта плазма будет вращаться вокруг чёрной дыры, образуя аккреционный диск. Невероятно сильные магнитные и электрические поля в аккреционном диске могут обвивать чёрную дыру и выбрасывать материал наружу в виде джета.
Когда две чёрные дыры сливаются, это меняет направление джета, и иногда джеты могут получать импульс от гравитационной энергии, высвобождаемой при слиянии.
Авторы нового исследования предполагают, что при правильных условиях усиление джета во время слияния может формировать нейтрино с безумно высокой энергией.
Чтобы соответствовать наблюдаемому количеству нейтрино высокой энергии, которое обнаружил IceCube, авторы предполагают, что эти чёрные дыры не должны сливаться так часто. Если нейтрино питаются от слияния сверхмассивных чёрных дыр, то им нужно сталкиваться только каждые 100 тысяч – 10 миллионов лет в каждом кубическом гигапарсеке объёма. Если вместо этого нейтрино питаются от слияний чёрных дыр звёздной массы, то они должны происходить всего от 10 до 100 раз в год в каждом кубическом гигапарсеке объёма.
Это многообещающие цифры, потому что результаты находятся в пределах ожидаемого диапазона скоростей слияния как чёрных дыр звёздной массы, так и сверхмассивных чёрных дыр. Только больше наблюдений сможет предоставить нам больше информации, и, надеюсь, астрономы смогут точно определить источник этих чрезвычайно энергичных экзотических частиц.
Больше информации: arXivOrg
Источник: universetoday.ru