Исследователи из Норвежского университета науки и технологий совершили важный прорыв в понимании природы космических лучей — высокоэнергетических частиц, которые на протяжении десятилетий оставались одной из ключевых загадок современной астрофизики.
Несмотря на название, космические лучи представляют собой не электромагнитное излучение, а потоки заряженных частиц, преимущественно атомных ядер, разогнанных до околосветовых скоростей. Их точное происхождение до сих пор не установлено, однако учёные связывают их рождение с самыми экстремальными объектами и событиями во Вселенной: взрывами сверхновых, активностью нейтронных звёзд и, как показывает новое исследование, со сверхмассивными чёрными дырами.
Ветер чёрных дыр как возможный источник
«Мы предполагаем, что источником этого высокоэнергетического излучения может быть ветер, порождаемый сверхмассивной чёрной дырой», — заявляет соавтор исследования Фотини Ойконому, доцент кафедры физики Норвежского университета.
В центре нашего Млечного Пути находится относительно спокойная чёрная дыра Стрелец А*, однако в других галактиках подобные объекты часто проявляют высокую активность, поглощая окружающую материю. При этом часть вещества не падает за горизонт событий, а с огромной силой выбрасывается обратно в космическое пространство.
«Лишь небольшая доля материи выбрасывается до момента её окончательного поглощения, — поясняет соавтор работы Энрико Перати из Парижского университета. — Однако этого достаточно, чтобы создать мощные потоки, разогнанные до половины скорости света».
Моделирование ультравысоких энергий
Эти колоссальные выбросы, открытые около десяти лет назад, способны влиять на эволюцию целых галактик, например, подавляя в них процесс звездообразования. Теперь же появилась гипотеза, что те же самые ветры могут служить природными ускорителями частиц, сообщая им рекордные энергии.
«Наши расчёты показывают, что такие ветра действительно способны разгонять частицы до энергий, при которых возникает излучение сверхвысоких энергий», — отмечает ведущий автор исследования Доменик Элерт.
По словам Ойконому, энергия отдельных частиц может достигать астрономической величины в 10²⁰ электрон-вольт.
Обратите внимание: Вскоре наступит эра автономных боевых машин, которые будут убивать себе подобных.
Для наглядности: если передать эту энергию теннисному мячу, он полетит со скоростью около 200 км/ч. Это в миллиард раз превышает энергию частиц, достигаемую в самом мощном рукотворном ускорителе — Большом адронном коллайдере.Опасность для космонавтов
На Земле мы надёжно защищены от космических лучей атмосферой и магнитосферой планеты, которые поглощают и отклоняют большую часть этих частиц. Однако для экипажей космических кораблей и будущих колонистов других планет они представляют реальную опасность, повреждая клетки и увеличивая риск онкологических заболеваний.
«Основную радиационную угрозу в космосе пока представляют более частые низкоэнергетические частицы от Солнца, — уточняет Ойкономо. — Частицы же сверхвысоких энергий, которые мы изучаем, слишком редки, чтобы рассматривать их как непосредственную опасность для миссий».
Проверка гипотезы и будущие исследования
До сих пор в научном сообществе рассматривались и другие возможные источники космических лучей, такие как галактики со вспышками звёздообразования, гамма-всплески или релятивистские струи (джеты) чёрных дыр. Однако убедительных доказательств в пользу этих гипотез пока не найдено.
«Наша теоретическая модель хорошо согласуется с наблюдательными данными, но мы пока не можем утверждать со стопроцентной уверенностью, что именно ветер чёрной дыры является тем самым ускорителем», — подчёркивает Ойкономо.
Перед учёными остаётся ещё одна неразгаданная задача — объяснить химический состав частиц в определённом энергетическом диапазоне. Для окончательной проверки своей гипотезы исследователи планируют в будущем использовать данные нейтринных обсерваторий, поскольку нейтрино, рождающиеся в тех же процессах, что и космические лучи, могут без искажений долететь до Земли и указать на свой источник.
Результаты исследования были опубликованы в авторитетном научном журнале «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society».
Читайте все последние новости астрофизики на New-Science.ruБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.