Спящие черные дыры. Ученые нашли источник "лишних" гамма-лучей во Вселенной

До сих пор не известно, откуда берется гамма-излучение. Но астрономы нашли объяснение происхождения некоторых из них — это почти бездействующие черные дыры, сообщает Sciencealert.

Гамма-излучение — самая энергетическая форма света во Вселенной, и оно было обнаружено при чрезвычайно высоких энергиях – в тераэлектронвольтном диапазоне.

Чтобы получить эту энергию, фотонам и частицам внутри гамма-излучений требуется ускоритель. Это должен быть высокоэнергетический объект, например, остатки сверхновой звезды или черная дыра, активно поглощающая вещество.

Но даже если учесть эти высокоэнергетические источники, все еще остается избыток гамма-излучения в более низких "мягких" энергиях, а также избыток нейтрино, которые трудно объяснить.

По словам Шигео Кимура из Университета Тохоку в Японии, избыток может появляться из сверхмассивных черных дыр, которые почти бездействуют и не полностью активны.

Когда сверхмассивная черная дыра активна, ее окружает огромный диск из пыли и газа, который медленно поглощается черной дырой. Огромные силы, действующие в пространстве вокруг черной дыры, нагревают вещество в диске так, что он светится в диапазоне электромагнитных волн, включая гамма-излучение.

Кроме того, некоторое количество вещества переходит с внешней стороны черной дыры вдоль силовых линий ее магнитного поля, которые действуют как ускоритель, к полюсам, откуда оно запускается в космос со скоростью, составляющей значительный процент от скорости света.

Считается, что в центре каждой галактики находится сверхмассивная черная дыра, но не все из них активны.

По словам Кимуры, избыток гамма-излучения в нижнем диапазоне энергий — мегаэлектронвольты, а не гига- или тераэлектронвольты — могут создавать сверхмассивные черные дыры, которые накапливают вещество на низком уровне. Ученые провели расчеты и узнали, как это работает. Хотя вокруг неактивных черных дыр находится меньше вещества, оно все же есть, и оно нагревается.

Эта горячая плазма может нагреваться до миллиардов градусов Цельсия и этого достаточно, чтобы создать гамма-излучение в мегаэлектронвольтном диапазоне, или то, что мы называем "мягкими" гамма-лучами, говорит Кимура.

Этих бездействующих сверхмассивных черных дыр во Вселенной достаточно, чтобы объяснить происхождение значительной части избыточных сигналов, утверждает ученый.

Пока это всего лишь гипотеза, но подтвержденная математическими расчетами и нужны дополнительные исследования, говорит Кимура.

Гамма-лучи имеют наименьшие длины волн и наибольшую энергию среди всех волн электромагнитного спектра. По мнению ученых, их создают самые горячие и самые энергетические объекты во Вселенной, такие как нейтронные звезды и пульсары, взрывы сверхновых и области вокруг черных дыр.

В отличие от оптического света и рентгеновских лучей, гамма-лучи не могут быть захвачены и отражены зеркалами. Длины волн гамма-излучения настолько малы, что могут проходить через пространство внутри атомов прибора для обнаружения. Детекторы гамма-излучения обычно содержат плотно упакованные кристаллические блоки. Когда гамма-лучи проходят сквозь них, они сталкиваются с электронами в кристалле. Этот процесс называется комптоновским рассеянием или эффектом Комтона, при котором гамма-луч сталкивается с электроном и теряет энергию. Эти столкновения создают заряженные частицы, которые могут быть обнаружены прибором.