Вселенная наполнена разнообразными видами излучений и частиц, которые могут быть зафиксированы на Земле. К ним относятся фотоны во всех диапазонах электромагнитного спектра, нейтрино и космические лучи. Недавнее исследование, выполненное учеными из Норвежского университета естественных и технических наук (NTNU), предлагает новую версию происхождения ультраэнергетических космических лучей, которые играют важную роль в изучении космоса. Об этом сообщается в журнале Science Daily.

«Мы предполагаем, что это излучение высокой энергии формируется ветрами, исходящими от сверхмассивных черных дыр», — рассказала доцент NTNU и руководитель исследования Фотейни Ойконому.

Наша планета расположена в галактике Млечный путь, куда входят также солнце, его планетарная система и не менее 100 миллиардов других звезд. В самом центре этой галактики находится черная дыра под названием Стрелец-А*. На сегодняшний день она пребывает в спокойном состоянии и не поглощает окружающие звезды, так как рядом нет достаточного количества материи.

Данное состояние резко отличается от активных черных дыр, которые ежегодно поглощают массу, превышающую массу Солнца в несколько раз. Ученые отмечают, что сила гравитации черной дыры способна отталкивать небольшое количество материи до того, как она будет втянута внутрь. Это приводит к тому, что около половины таких черных дыр генерируют ветры, способные ускорять частицы, вызывая излучение.

Ультраэнергетическое космическое излучение формируется из протонов и ядер атомов, чья энергия достигает значений порядка 10^20 электронвольт. «Эта энергия огромна и сравнима с энергией теннисного мяча, движущегося со скоростью 200 км/ч», — пояснила Ойконому.

«Частица, размеры которой меньше атома, содержит приблизительно ту же энергию, что и теннисный мяч при подаче Серены Уильямс со скоростью 200 км/ч», — добавила она.

Уточняется, что данная энергия превышает энергию частиц, создаваемых в Большом адронном коллайдере, примерно в миллиард раз. Эти космические лучи разрушаются в атмосфере Земли — благодаря чему при достижении поверхности планеты они становятся безопасными. Несмотря на отсутствие угрозы для людей на Земле, подобное излучение способно представлять опасность для астронавтов, так как высокоэнергетические частицы могут влиять на здоровье в космической среде.

Ранее специалисты предполагали, что источниками ультраэнергетических частиц могут быть космические явления вроде гамма-всплесков или процессы в галактиках с активным звездообразованием. Тем не менее, новое исследование акцентирует внимание на ветрах от сверхмассивных черных дыр как потенциальных ускорителях этих частиц.

«Все существующие гипотезы — очень обоснованные предположения: они предполагают источники с огромным энергетическим потенциалом. Однако ни одна из них не была подкреплена доказательствами, что определенно подтверждает их роль как источников. Именно поэтому мы обратили внимание на ветры, исходимые от сверхмассивных черных дыр», — пояснил доктор философии и ведущий автор исследования, научный сотрудник Доменик Элерт.

Хотя гипотеза об ускорении частиц ветрами выглядит правдоподобной, ученые проявляют осторожность в выводах.

«Мы выяснили, что условия, связанные с этими ветрами, особенно хорошо соответствуют возможностям ускорения частиц. Тем не менее, пока не удается доказать, что именно эти ветры ответственны за ускорение частиц высокоэнергетического космического излучения», — отметила Ойконому.

Кроме того, модель, примененная исследователями, способна прояснить один аспект частиц, который до сих пор оставался неразъясненным. В конкретном энергетическом диапазоне химический состав частиц несовместим с результатами других моделей. По словам Ойконому, эту модель можно проверить при помощи экспериментов с нейтрино, хотя это будет отдельное исследование. Она выразила надежду на сотрудничество с нейтринными астрономами в ближайшие годы для проверки предложенной гипотезы.

Ранее, 29 сентября, профессор из Университета Портсмута Энрике Гастаньяга презентовал исследование, в котором предположил, что Вселенная может находиться внутри черной дыры. По его мнению, Большой взрыв мог быть «Большим отскоком» — процессом, когда материя, падающая в черную дыру, сначала сжалась, а затем отскочила и начала расширяться, формируя Вселенную.