Simulation eines supermassiven Schwarzen Lochs. (NASA Goddard Space Flight Center; ESA/Gaia/DPAC) Das energiereichste Licht und die energiereichsten Teilchen im Universum stellen ein bleibendes Rätsel dar: Wir wissen nicht, woher sie kommen.
Sicherlich können wir einige aufspüren; aber es gibt mehr Gammastrahlung und Neutrinos durch das Universum strömen, als wir erklären können. Eine Menge mehr. Und für einige von ihnen haben Astronomen gerade eine Erklärung gefunden: Sie sind nahezu ruhend Schwarze Löcher .
Sie sagen, dass dies den Überschuss an „weicher“ Gammastrahlung im Universum erklären kann, ohne auf kalte (nichtthermische) Elektronen angewiesen zu sein – was schon immer eine problematische Erklärung gewesen ist, weil Elektronen in Zeitskalen thermisch werden, von denen man annimmt, dass sie zu kurz sind, um hocheffiziente Elektronen zu erzeugen. Energieteilchen.
Gammastrahlen und Neutrinos sind nicht gerade selten. Gammastrahlung ist die energiereichste Form von Licht im Universum und wurde bei außergewöhnlich hohen Energien nachgewiesen – im Teraelektronenvolt-Bereich .
Neutrinos oder Geisterteilchen sind nahezu masselose Teilchen, die durch das Universum strömen und kaum mit irgendetwas interagieren. Auch diese haben wir bei hohen Energien nachgewiesen .
Um diese Energien zu erhalten, benötigen die darin enthaltenen Photonen und Teilchen die Anwesenheit eines kosmischen Beschleunigers. Das sollte so sein hohe Energie Gegenstände, wie z Supernova-Überreste , oder ein schwarzes Loch aktiv Material verschlingen .
Aber selbst wenn wir diese hochenergetischen Quellen berücksichtigt haben, bleibt uns immer noch ein Gammastrahlenüberschuss bei niedrigeren „weichen“ Energien sowie ein Neutrino Überschuss, das ist schwer zu erklären.
Laut einem Forscherteam unter der Leitung des Astronomen Shigeo Kimura von der Tohoku-Universität in Japan könnte der Überschuss aus einer unerwarteten Quelle stammen: supermassereichen Schwarzen Löchern, die fast, aber nicht ganz, ruhen – aber auch nicht vollständig aktiv sind.
Wenn ein supermassereiches Schwarzes Loch aktiv ist, wird es von einer riesigen Staub- und Gasscheibe umkreist, die langsam auf das Schwarze Loch abgesaugt wird. Die immensen Kräfte, die im Raum um das Schwarze Loch wirken, erhitzen das Material in der Scheibe, sodass es in einem Bereich elektromagnetischer Wellenlängen, einschließlich Gammastrahlung, aufflammt.
Darüber hinaus wird etwas Material um die Außenseite des Schwarzen Lochs herum entlang seiner Magnetfeldlinien, die als Beschleuniger wirken, in Richtung der Pole geschleudert, wo es mit einem erheblichen Prozentsatz der Lichtgeschwindigkeit in den Weltraum geschleudert wird.
Es wird angenommen, dass jede Galaxie ein supermassereiches Schwarzes Loch in ihrem Zentrum hat, aber nicht alle sind aktiv. Das supermassive Schwarze Loch unserer Galaxie zum Beispiel ist ziemlich dösig.
Laut Kimura und seinem Team könnte der Gammastrahlenüberschuss im unteren Energiebereich – Megaelektronenvolt statt Giga- oder Teraelektronenvolt – von supermassiven Schwarzen Löchern erzeugt werden, die sich auf einem so niedrigen Niveau ansammeln, dass sie für unsere Teleskope hier viel dunkler sind auf der Erde.
Das Team führte Berechnungen durch und fand heraus, wie es funktionieren würde. Obwohl um diese inaktiven Schwarzen Löcher weniger Material herumwirbelt, ist immer noch etwas vorhanden, und es wird immer noch erhitzt.
Tatsächlich könnte dieses heiße Plasma eine Temperatur von mehreren Milliarden Grad Celsius erreichen – heiß genug, um Gammastrahlung im Megaelektronenvoltbereich oder das, was wir „weiche“ Gammastrahlen nennen, zu erzeugen.
In diesem Plasma können Protonen auf hohe Geschwindigkeiten beschleunigt werden. Wenn diese hochenergetischen Protonen mit Strahlung und Materie interagieren, können sie Neutrinos erzeugen – was auch den Neutrinoüberschuss erklärt. Und es gibt genug dieser ruhigen supermassereichen Schwarzen Löcher im Universum, um zumindest einen erheblichen Teil dieser überschüssigen Signale zu erklären.
Bisher ist es nur eine Hypothese, aber die Rechnung geht auf. Mit diesen Informationen sollten Astronomen eine bessere Vorstellung davon haben, worauf sie bei zukünftigen Beobachtungen achten müssen – und das Geheimnis dieser unerklärlichen Gammastrahlen wird einer Lösung näher kommen.
Die Forschung wurde veröffentlicht in Naturkommunikation .