Svarta hål kan förklara 60-årigt mysterium med kosmiska strålar
Forskare vid Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet föreslår att vindar från supermassiva svarta hål kan accelerera ultrahögenergikosmiska strålar, vilket löser ett pussel som sträcker sig tillbaka till 1962. Dessa partiklar, mestadels atomkärnor, når energier upp till 10^20 elektronvolt. Hypotesen antyder att dessa vindar, som rör sig med halva ljushastigheten, kastar ut partiklar genom kosmos.
Ultrahögenergikosmiska strålar har förbryllat fysiker sedan de upptäcktes 1962. Till skillnad från typiska kosmiska strålar, som är atomkärnor accelererade i extrema miljöer som supernovor eller neutronstjärnor, bär dessa sällsynta partiklar mycket mer energi, med okända källor fram till nu.
Ett team från Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet (NTNU) erbjuder en ny förklaring i en studie publicerad i Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Huvudförfattaren Domenik Ehlert, en doktorand vid NTNUs fysikavdelning, tillsammans med biträdande professor Foteini Oikonomou och postdoktoranden Enrico Peretti från Université Paris Cité, fokuserar på astropartikelfysik.
"Vi misstänker att denna högenergistrålning skapas av vindar från supermassiva svarta hål," sade Oikonomou.
Aktiva supermassiva svarta hål, till skillnad från det vilande Sagittarius A* i Vintergatans centrum, förbrukar materia motsvarande flera solar per år. En bråkdel av detta material bildar utflöden med upp till halva ljushastigheten, kända sedan cirka ett decennium för att påverka galaxbildning genom att sprida gas och stoppa stjärnfödsel.
"En liten del av materialet kan drivas bort av svart hålets kraft innan det dras in. Som resultat skapar ungefär hälften av dessa supermassiva svarta hål vindar som rör sig genom universum med upp till halva ljushastigheten," förklarade Peretti.
Forskarna föreslår att dessa vindar accelererar protoner eller atomkärnor till 10^20 elektronvolt—ungefär energin i en tennisboll serverad av Serena Williams vid 200 km/h, eller en miljard gånger energin hos partiklar i Large Hadron Collider.
"Det är möjligt att dessa kraftfulla vindar accelererar partiklarna som skapar ultrahögenergistrålningen," sade Ehlert.
Medan tidigare idéer pekade på gammablixtar, stjärnexplosionsgalaxer eller plasmaströmmar, gav ingen avgörande bevis. NTNU-modellen stämmer med partiklarnas kemiska sammansättning i ett specifikt energispann och kan testas via neutrinoförsök.
"Vårt svar är mer ett försiktigt 'kanske'," noterade Oikonomou. "Vi finner att förhållandena relaterade till dessa vindar stämmer särskilt väl med partikelacceleration. Men vi kan fortfarande inte bevisa att det är just dessa vindar."
Dessa strålar utgör inget hot på jorden på grund av atmosfärisk förstörelse men belyser strålningsrisker för rymdfärder, även om lågenergiesolstrålning är den primära bekymret för astronauter.