الثقوب السوداء قد تفسر لغز أشعة كونية يعود لـ60 عامًا
اقترح علماء في الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا أن الرياح من الثقوب السوداء فائقة الكتلة يمكن أن تسرع أشعة كونية فائقة الطاقة العالية، مما يحل لغزًا يعود إلى عام 1962. هذه الجسيمات، معظمها نوى ذرية، تصل إلى طاقات تصل إلى 10^20 إلكترون فولت. تقترح الفرضية أن هذه الرياح، التي تتحرك بسرعة نصف سرعة الضوء، ترمي الجسيمات عبر الكون.
لقد حيرت أشعة كونية فائقة الطاقة العالية الفيزيائيين منذ اكتشافها في عام 1962. بخلاف الأشعة الكونية النموذجية، التي هي نوى ذرية تُسرع في بيئات قاسية مثل الانفجارات العظمى أو النجوم النيوترونية، تحمل هذه الجسيمات النادرة طاقة أكبر بكثير، مع مصادر غير معروفة حتى الآن.
يقدم فريق من الجامعة النرويجية للعلوم والتكنولوجيا (NTNU) تفسيرًا جديدًا في دراسة نُشرت في الـ Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. المؤلف الرئيسي دومينيك إهليرت، باحث دكتوراه في قسم الفيزياء بـ NTNU، بالإضافة إلى الأستاذة المساعدة فوتيني أويكونومو والباحث ما بعد الدكتوراه إنريكو بيريتي من جامعة باريس سيتي، يركزون على فيزياء الجسيمات الفلكية.
"نشتبه في أن هذه الإشعاع عالي الطاقة يُنشأ بواسطة رياح من الثقوب السوداء فائقة الكتلة"، قالت أويكونومو.
الثقوب السوداء فائقة الكتلة النشطة، بخلاف الثقب السديمي ساجيتاريوس A* النائم في مركز درب التبانة، تستهلك مادة تعادل عدة شموس في السنة. جزء من هذه المادة يشكل تدفقات بسرعة تصل إلى نصف سرعة الضوء، معروفة منذ حوالي عقد بتأثيرها على تشكل المجرات من خلال تشتيت الغاز وإيقاف ولادة النجوم.
"جزء صغير من المادة يمكن أن يُدفع بعيدًا بقوة الثقب الأسود قبل أن يُسحب إليه. نتيجة لذلك، حوالي نصف هذه الثقوب السوداء فائقة الكتلة تخلق رياحًا تتحرك عبر الكون بسرعة تصل إلى نصف سرعة الضوء"، شرح بيريتي.
يقترح الباحثون أن هذه الرياح تسرع البروتونات أو النوى الذرية إلى 10^20 إلكترون فولت —تقريبًا طاقة كرة تنس يُقدمها سيرينا ويليامز بسرعة 200 كم/ساعة، أو مليار مرة طاقة الجسيمات في المعجل الكبير للهادرون.
"من الممكن أن هذه الرياح القوية تسرع الجسيمات التي تخلق الإشعاع فائق الطاقة العالية"، قال إهليرت.
بينما أشارت أفكار سابقة إلى انفجارات أشعة غاما، أو مجرات انفجار نجوم، أو تدفقات بلازما، لم تقدم أي منها دليلاً قاطعًا. يتوافق نموذج NTNU مع التركيب الكيميائي للجسيمات في نطاق طاقة محدد ويمكن اختباره عبر تجارب النيوترينو.
"إجابتنا هي أكثر من 'ربما' حذر"، لاحظت أويكونومو. "نجد أن الشروط المتعلقة بهذه الرياح تتوافق بشكل خاص جيد مع تسريع الجسيمات. لكننا لا نزال غير قادرين على إثبات أنها هذه الرياح تحديدًا."
هذه الأشعة لا تشكل تهديدًا على الأرض بسبب التدمير الجوي، لكنها تبرز مخاطر الإشعاع للسفر الفضائي، على الرغم من أن الإشعاع الشمسي منخفض الطاقة هو القلق الرئيسي لرواد الفضاء.