Ang Black Hole Jets ay Maaaring Nagpapadala ng Trio ng Mga Particle ng Mataas na Enerhiya sa Lupa

Ang mga siyentipiko noong Lunes ay nagbahagi ng isang bagong teorya tungkol sa isa sa pinakamalaking misteryo ng uniberso, na nag-aalok ng isang simpleng sagot sa isang cosmic na tanong: Ano ang pinagmulan ng mga ultra-mataas na enerhiya na cosmic rays, high-energy neutrinos, at gamma rays na naglalakbay ng milyon-milyong lightyears maabot ang Earth?

Sa loob ng maraming dekada, sinubukan ng mga physicist na lutasin ang cosmic misteryo kung paano ang tatlong uri ng mga particle na nagmumula ng milyun-milyong beses na mas maraming enerhiya kaysa sa maaari naming makagawa sa Earth - dumating sa ating planeta.

Noong nakaraang taon, ang mga siyentipiko na gumagamit ng Pierre Auger Observatory ng Argentina ay nagtapos na ang mga cosmic beam na ito ay hindi nagmula sa ating kalawakan ngunit hindi nagpanukala ng anumang partikular na ideya kung saan nagmula ito.

Iyon ay maaaring lahat ay nagbabago ngayon. Sa isang papel na inilathala noong Lunes sa journal Nature Physics, ang isang pares ng mga physicist ay nagpapahiwatig na ang mga supermassive black hole jet - bagay na pinalabas mula sa isang itim na butas sa malapit sa bilis ng liwanag - nagbigay ng kapanganakan sa lahat ng tatlong mga matinding particle:

• Ang mga ultra-high-energy cosmic ray

• PeV neutrinos
• Isotropic sub-TeV gamma-ray

Isang kahanga-hangang Pagkakataon

Si Kohta Murase, isang katulong na propesor ng physics, astronomy, at astrophysics sa Penn State University at ang University of Maryland postdoctorate na researcher na si Ke Fang ay nagtaguyod upang bumuo ng bagong modelo na ito, na nakasalalay sa kapansin-pansin na pagkakataon na ang mga mataas na enerhiya na mga particle na cosmic ay may lahat ng maihahambing na enerhiya mga rate ng henerasyon.

"Ang aming modelo ay nagpapakita ng isang paraan upang maunawaan kung bakit ang mga tatlong uri ng mga kosmiko messenger particle ay may isang nakakagulat na katulad na halaga ng input ng kapangyarihan sa uniberso, sa kabila ng katotohanan na ito ay sinusunod sa pamamagitan ng space-based at ground-detect ng mga detektor sa sampung mga order ng magnitude sa indibidwal na enerhiya ng tinga, "sabi ni Murase sa isang pahayag. Ang mga katulad na intensidad ng tatlong mga particle ay humantong sa Murase at Fang upang magtataka kung mayroong isang pisikal na relasyon sa kanila.

"Ang bagong modelo ay nagpapahiwatig na ang napakataas na enerhiya neutrinos at mataas na enerhiya gamma rays ay natural na ginawa sa pamamagitan ng mga collisions maliit na butil bilang anak na babae particle ng cosmic ray, at sa gayon ay maaaring magmana ng maihahambing na badyet ng enerhiya ng kanilang mga particle ng magulang," sinabi Murase. "Ito ay nagpapakita na ang mga katulad na energetics ng tatlong cosmic messenger ay hindi maaaring maging isang lamang pagkakataon."

Ipinanganak ng Black Hole Jets

Sa katunayan, hindi lamang ang pinagtatalunan ni Murase at Fang na hindi ito isang pagkakataon, sinasabi nila na ang mga particle na ito ay nagbabahagi ng karaniwang pinanggalingan: black hole jets.

"Sa aming modelo, ang mga cosmic rays ay pinabilis ng malakas na jet ng aktibong galactic nuclei na makatakas sa pamamagitan ng lobes ng radyo na madalas na matatagpuan sa dulo ng mga jet," ang unang may-akda na Fang. Habang iniwan ng mga rays ang jet, sinulat ni Murase at Fang, ang mga collision ng maliit na butil na sinasagisag ni Murase ay gumagawa ng mataas na enerhiya neutrinos at high-energy gamma rays.

Ang pananaliksik na ito ay isa lamang maliit na hakbang patungo sa isang mas mahusay na pag-unawa sa tinatawag na "multi-messenger" paglabas mula sa itim na mga butas (ang napakaraming bilang ng mga signal na ginawa sa mga cosmic events), ngunit ang pag-asa ni Murase at Fang ay maaari nilang ibuhos ang bagong liwanag sa pinagmulan - at kapalaran - ng cosmic radiation sa pamamagitan ng pagbibigay ng kaugnayan sa tatlong mga particle na ito.

Abstract: Ang pinagmulan ng ultrahigh-energy cosmic rays (UHECRs) ay isang half-century-old enigma. Ang misteryo ay lumalim sa pamamagitan ng isang nakakaintriga na pagkakataon: higit sa sampung order ng magnitude sa enerhiya, ang enerhiya generation rate ng UHECRs, PeV neutrinos at isotropic sub-TeV γ-ray ay maihahambing, na pahiwatig sa isang grand pinag-isa larawan. Narito ang aming ulat na ang makapangyarihang black hole jets sa mga aggregates ng mga kalawakan ay maaaring magbigay ng karaniwang pinanggalingan para sa lahat ng mga phenomena na ito. Sa sandaling pinabilis ng isang jet, ang mababang-enerhiya na cosmic rays na nakakulong sa radio lobe ay adiabatically cooled; ang mas mataas na enerhiya na cosmic ray na umaalis sa pinagmumulan ay nakikipag-ugnayan sa kapaligiran ng magnetized cluster at gumawa ng neutrino at γ-ray; ang mga particle ng pinakamataas na enerhiya ay makatakas mula sa kumpol ng host at mag-ambag sa nakagitna na cosmic ray sa itaas ng 100 PeV. Ang modelo ay pare-pareho sa spectrum, komposisyon at isotropya ng napagmasdan na UHECRs, at nagpapaliwanag din ng neutronos ng IceCube at ng non-blazar component ng Fermi γ-ray na background, na ipinapalagay ang makatwirang output ng enerhiya mula sa black jet na butas sa mga kumpol.