هل يوجد في أي مكان في الكون يمكننا الهروب من الإشعاع؟ بالتأكيد ليس هنا على الأرض. وليس في الفضاء نفسه ، المليء بالإشعاع المنتشر على شكل أشعة جاما والنيوترينوات. كافح العلماء لشرح من أين تأتي كل أشعة جاما والنيوترينوات. يقترح ثلاثة من الباحثين مصدرًا لكل هذا الإشعاع في ورقة جديدة: استراحة الثقوب السوداء.
من المحتمل أن توجد الثقوب السوداء الهائلة (SMBH) في وسط كل مجرة كبيرة مثل درب التبانة. عندما تكتسب هذه الأجسام الصغيرة والمتوسطة المادة بفاعلية ، يمكنها إطلاق الكثير من الإشعاع عبر الطيف بأكمله ، من موجات الراديو إلى أشعة جاما. عندما يحدث ذلك يتم استدعاؤهم نوى المجرة النشطة . ولكن ماذا عن الشركات الصغيرة والمتوسطة الحجم الهادئة؟
تقول دراسة جديدة إن حتى SMBH الهادئ تنبعث منه أشعة جاما والنيوترينوات. يساعد هذا الاكتشاف في تفسير سبب غرق الكون في الجسيمات النشطة.
عنوان الورقة هو ' أشعة غاما اللينة من الثقوب السوداء فائقة الكتلة المنخفضة التراكم والاتصال بالنيوترينوات النشطة. ' تم نشره في مجلة Nature Communications ، والمؤلف الرئيسي هو Shigeo Kimura من جامعة Tohoku في سينداي باليابان.
نوى المجرة النشطة مثل هذه تطلق الكثير من الإشعاع. يعتقد علماء الفلك أن بعض الإشعاع المنتشر في الكون يأتي من ثقوب سوداء أكثر هدوءًا. الائتمان: ناسا / دانا بيري ، SkyWorks Digital
نيوترينوات هي جسيمات دون ذرية عديمة الكتلة تقريبًا ومحايدة كهربائيًا ، ومن هنا تحصل على أسمائها. نتيجة لذلك ، فإن تفاعل الجاذبية لديهم قريب من الصفر ، ولا يتفاعلون مع قوة نووية قوية إما. من الصعب للغاية اكتشافها ، وهي تمر عبر جسمك الآن.
أشعة غاما ، من ناحية أخرى ، ليس من الصعب اكتشافها. إنها أكثر الفوتونات نشاطا في الكون وأنت بالتأكيد لا تريد أن يمر أي شيء عبر جسدك. تم إطلاق سراحهم في تفجيرات ذرية ، من بين أمور أخرى. عثرت الكواشف الفضائية على أشعة جاما بجهد كهربائي في نطاق جيجا إلكترون. إذا لم تكن نطاقات الإلكترون فولت هي الشيء الذي تفضله ، فما عليك سوى التفكير فيها على أنها أكثر نشاطًا من الضوء المرئي من حيث الحجم.
لذلك يعرف العلماء الكثير عن كل من النيوترينوات وأشعة جاما ، فهم غير متأكدين من مصدرها جميعًا. قد يكون لهذا البحث الجواب. 'الكون مليء بخلفية منتشرة من أشعة جاما MeV ونيوترينوات PeV ، التي لا تعرف أصولها. هنا ، نقترح سيناريو يمكن أن يفسر كلتا الخلفيات في وقت واحد '، كتب المؤلفون.
يعتقد العلماء أنهم يعرفون من أين تأتي أشعة جاما الخلفية القوية في نطاقات الجيجا إلكترون فولت (GeV) إلى تيرا إلكترون (TeV) فولت. إنها تأتي من النوى المجرية النشطة وربما من المجرات المكونة للنجوم. لكن مصدر أشعة جاما الأكثر ليونة ، تلك الموجودة في نطاقات الميجا إلكترون فولت (MeV) غير معروف. نفس الشيء مع العديد من النيوترينوات.
يوضح هذا البحث أن نوى المجرة ذات الإضاءة المنخفضة يمكن أن تفسر كل من النيوترينوات وأشعة جاما.
محاكاة حاسوبية للبلازما بالقرب من ثقب أسود. الائتمان: Hotaka Shiokawa / EHT
الكتلة الهائلة للثقب الأسود وجاذبيته تجذب المادة نحوه. إنه يشكل قرصًا تراكميًا من المادة الملتفة ، وفي النهاية تسقط المادة في الثقب الأسود. عندما يحدث ذلك يتم إطلاق كمية هائلة من طاقة الجاذبية. تعمل هذه الطاقة على تسخين الغاز حول الحفرة وتكوين البلازما. في هذه الحالة ، الثقب الأسود منخفض التراكم لديه تبريد غير كافٍ ويمكن أن تصل درجة حرارة البلازما إلى عشرات المليارات من الدرجات المئوية.
ما يحدث هو أن البلازما تنشط البروتونات إلى أقصى حد. يمكن أن تكون طاقة أكثر بـ 10000 مرة مما يمكن أن يحققه مصادم الهدرونات الكبير (LHC) ، ومصادم الهادرونات هو أقوى مسرع للجسيمات لدينا. نظرًا لتفاعل هذه البروتونات عالية السرعة مع المادة والإشعاع ، فإنها تنتج نيوترينوات. هذا يمكن أن يفسر نطاق الطاقة الأعلى من النيوترينوات المكتشفة في الفضاء.
آلية مماثلة تنتج أشعة جاما. عندما تصل الإلكترونات إلى درجات حرارة عالية للغاية ، فإنها تصبح منتجة فعالة لأشعة غاما في نطاق MeV من خلال عملية تسمى Comptonization.
تُظهر هذه الصورة المأخوذة من الدراسة كيف يمكن أن تنتج SMBHs الرقيقة نيوترينوات منتشرة وأشعة غاما تغمر الكون. حقوق الصورة: Shigeo S. Kimura.
لذلك يمكن للبلازما عالية الحرارة حول الثقوب السوداء الهادئة أن تنتج نيوترينوات وأشعة جاما. على الرغم من أن هذه الأنواع من الثقوب السوداء قاتمة ويصعب رؤيتها ، إلا أن هناك الكثير منها. من المعقول الاعتقاد بإمكانية تفسير إشعاع الخلفية في شكل أشعة جاما والنيوترينوات.
لكن هذه مجرد آلية مقترحة. لا يوجد دليل قاطع حتى الآن. من أين سيأتي ذلك؟
معظم أجهزة الكشف عن أشعة جاما ليست مضبوطة على تردد MeV. لقد تم ضبطهم على مستويات طاقة أعلى. ما نحتاجه هو ما يسميه المؤلفون كاشف 'الوسائط المتعددة'. هذا هو الكاشف الذي يكتشف كل من أشعة جاما والنيوترينوات في نفس الوقت ، في نطاقات الطاقة الصحيحة. المهام المقترحة مثل e-ASTROGAM ، ال مرصد أشعة جاما متوسط الطاقة في السماء (AMEGO) ، و ال المسح بأشعة جاما والمواد المضادة (GRAMS) يجب المساعدة.