Tech

หลุมดำมวลมหาศาลที่กลมกล่อมทำหน้าที่เป็นโรงงานหลักของอนุภาคจักรวาลพลังงานสูง

อนุภาคคอสมิกที่มีพลังสูง เช่น รังสีเอกซ์ รังสีแกมมา และนิวตริโน เชื่อกันว่าสร้างขึ้นโดยเครื่องเร่งรังสีคอสมิกอันทรงพลังหรือสภาพแวดล้อมโดยรอบในจักรวาล ทว่าต้นกำเนิดของพวกเขายังไม่ทราบ เชื่อกันว่าหลุมดำมวลมหาศาลที่แอคทีฟนั้นทำหน้าที่เป็นนิวเคลียสของดาราจักรแอคทีฟ (AGN) ซึ่งเป็นตัวปล่อยรังสีแกมมาและนิวตริโนที่มีพลังงานสูงและมีแนวโน้มมากที่สุด แต่จากการศึกษาเมื่อเร็ว ๆ นี้พบว่าพวกเขาไม่ได้อธิบายรังสีแกมมาและนิวตริโนที่สังเกตได้ มันบ่งชี้คลาสที่มาอื่น ๆ ทีมวิจัยนานาชาติได้เสนอสถานการณ์ที่อธิบายสิ่งเหล่านี้ หลุมดำที่มีกิจกรรมต่ำทำหน้าที่เป็นโรงงานหลักของอนุภาคจักรวาลที่มีพลังงานสูง ทีมงานได้เสนอแบบจำลองใหม่ที่แสดงให้เห็นว่าหลุมดำที่แอคทีฟและหลุมดำที่ “กลมกล่อม” ที่ไม่แอคทีฟมีความสำคัญ และทำหน้าที่เป็นโรงงานหลักที่มีอนุภาคคอสมิกพลังงานสูง เมื่อสสารตกหรือเข้ามาใกล้กว่าขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ พลังงานโน้มถ่วงจำนวนมหาศาลจะถูกปลดปล่อยออกมา กระบวนการนี้ทำให้แก๊สร้อนขึ้น ก่อตัวเป็นพลาสมาที่มีอุณหภูมิสูง อุณหภูมิอาจสูงถึงหลายหมื่นล้านองศาเซลเซียสสำหรับหลุมดำที่มีปริมาณกัมมันตภาพรังสีต่ำเนื่องจากการระบายความร้อนที่ไม่มีประสิทธิภาพ และพลาสมาสามารถสร้างรังสีแกมมาในช่วงเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ แผนผังของหลุมดำมวลมหาศาลที่กลมกล่อม พลาสมาร้อนเกิดขึ้นรอบหลุมดำมวลมหาศาล อิเล็กตรอนถูกทำให้ร้อนจนถึงอุณหภูมิสูงมาก ซึ่งปล่อยรังสีแกมมาอย่างมีประสิทธิภาพ โปรตอนถูกเร่งให้มีพลังงานสูงและปล่อยนิวตริโนออกมา ©Shigeo S. Kimura มีหลุมดำกลมกล่อมหลายแห่งในจักรวาลที่หรี่แสงลงเหมือนวัตถุแต่ละชิ้น แบบจำลองนี้ชี้ให้เห็นว่ารังสีแกมมาจากหลุมดำมวลมหาศาลที่สะสมตัวต่ำอาจมีส่วนสำคัญต่อรังสีแกมมาที่สังเกตพบในช่วงเมกะอิเล็กตรอนโวลต์ โปรตอนในพลาสมาสามารถเร่งให้มีพลังงานสูงขึ้นประมาณ 10,000 เท่า โปรตอนที่เร่งความเร็วเหล่านี้ผลิตนิวตริโนพลังงานสูงผ่านการโต้ตอบกับสสารและการแผ่รังสี ซึ่งส่งผลให้ส่วนพลังงานที่สูงขึ้นของข้อมูลนิวตริโนคอสมิก รูปภาพนี้สามารถนำไปใช้กับหลุมดำที่แอคทีฟดังที่แสดงโดยการวิจัยก่อนหน้านี้ หลุมดำมวลมหาศาล รวมทั้งนิวเคลียสของดาราจักรทั้งแบบแอคทีฟและไม่แอคทีฟ สามารถอธิบายเศษเสี้ยวของนิวตริโน IceCube ที่สังเกตได้ในช่วงพลังงานที่กว้าง นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่า “สถานการณ์ที่เสนอนี้ทำนายคู่รังสีแกมมาในช่วงโวลต์เมกะอิเล็กตรอนถึงแหล่งกำเนิดนิวตริโน เครื่องตรวจจับรังสีแกมมาที่มีอยู่ส่วนใหญ่ไม่ได้รับการปรับให้ตรวจจับได้ อย่างไรก็ตาม การทดลองรังสีแกมมาในอนาคต ร่วมกับการทดลองนิวทริโนรุ่นต่อไป จะสามารถตรวจจับสัญญาณสารหลายตัวได้” การอ้างอิงวารสาร: Shigeo S Kimura, Kohta Murase, Péter Mészáros รังสีแกมมาอ่อนจากหลุมดำมวลมหาศาลที่สะสมตัวต่ำและการเชื่อมต่อกับนิวตริโนที่มีพลัง ดอย: 10.1038/s41467-021-25111-7

Back to top button