Teka-teki kosmik berusia 60 tahun akhirnya memiliki jawaban

Bisakah lubang hitam membantu menjelaskan asal usul radiasi kosmik berenergi tinggi?

Alam semesta dipenuhi dengan banyak bentuk radiasi dan partikel yang dapat dideteksi di bumi ini. Di antara mereka adalah foton, yang mencapai seluruh spektrum elektromagnetik, dari gelombang radio terendah hingga sinar gamma yang paling energik. Contoh lain termasuk neutrino yang sulit dipahami dan sinar kosmik, yang keduanya bergerak melintasi ruang dengan kecepatan cahaya.

Menariknya, terlepas dari namanya, “Sinar Kosmik” sama sekali bukan cahaya. Istilah ini macet karena alasan historis, tetapi pada kenyataannya mereka adalah partikel kecil, terutama inti atom, yang telah didorong ke dalam energi luar biasa di suatu tempat di kosmos. Para ilmuwan telah lama mencurigai bahwa partikel -partikel ini berasal dari beberapa pengaturan paling ekstrem di alam semesta, termasuk lubang hitam, bintang eksplosif, atau bintang pemintalan neutron (sejenis bintang mati).

Namun, seringkali, sinar kosmik ditemukan dengan energi yang jauh lebih besar dari biasanya. Partikel -partikel yang sangat tinggi ini telah membingungkan para peneliti sejak pertama kali diidentifikasi pada tahun 1962, dan asal -usulnya tetap menjadi misteri.

Sebuah tim dari Norwegian Science and Technology University (NTNU) sekarang mungkin lebih dekat untuk memecahkan teka -teki abadi ini dalam fisika.

Lubang hitam Supermasi mungkin menjadi penyebabnya

Foteini Oikonomou, seorang profesor di Departemen Fisika NTNU, menangani kasus ini. Dalam sebuah artikel baru -baru ini, ia dan rekan -rekannya menyajikan penjelasan yang sama sekali baru dan masuk akal untuk radiasi energi yang sangat tinggi ini.

Penulis utama adalah sesama penelitian PhD Domenik Ehlert dari departemen yang sama. Tim ini juga termasuk sesama Enrico Peretti postdoctoral dari Université Paris Cité. Pekerjaan mereka berfokus pada fisika astropartikel, yang mempelajari hubungan antara partikel terkecil di alam semesta dan fenomena terbesar alam semesta.

“Kami menduga bahwa radiasi energi tinggi ini diciptakan oleh angin dari lubang bubuk Supermasi,” kata Oikonomou.

Tapi apa artinya itu?

Lubang hitam aktif membuat angin

Itu Bimasakti adalah lingkungan di alam semesta tempat Anda dan saya tinggal. Matahari dan tata surya kita adalah bagian dari galaksi ini, bersama dengan setidaknya 100 miliar bintang lainnya.

“Ada a lubang hitam Disebut Sagitarius-A* terletak tepat di tengah Bima Sakti. Lubang hitam ini saat ini dalam fase tenang di mana ia tidak mengkonsumsi bintang, karena tidak ada cukup masalah di sekitarnya, “kata Peretti.

Ini kontras dengan lubang hitam aktif yang tumbuh, SuperMasi, yang mengonsumsi hingga beberapa kali massa matahari kita sendiri setiap tahun.

“Sebagian kecil bahan dapat didorong oleh kekuatan lubang hitam sebelum ditarik masuk. Akibatnya, sekitar setengah dari lubang hitam Supermasif menciptakan angin yang bergerak melalui alam semesta hingga setengah kecepatan cahaya,” kata Peretti.

Kami telah mengetahui tentang angin raksasa ini selama sekitar sepuluh tahun. Angin dari lubang hitam ini dapat mempengaruhi galaksi. Dengan meniup gas, mereka dapat mencegah bintang baru membentuk, misalnya. Ini cukup dramatis dalam dirinya sendiri, tetapi Oikonomou dan rekan -rekannya melihat sesuatu yang lain, jauh lebih kecil, bahwa angin ini bisa menjadi penyebabnya. ”

Ada kemungkinan bahwa angin kencang ini mempercepat partikel yang menciptakan radiasi energi yang sangat tinggi, “kata Ehlert.

Untuk memahami hal ini, kita juga perlu menjelaskan sedikit tentang atom.

Atom dan energi dalam jumlah besar

Atom terdiri dari nukleus, yang terdiri dari proton dan neutron. Partikel -partikel ini terdiri dari quark, tetapi kita tidak perlu membahasnya sekarang.

Satu atau lebih elektron dapat ditemukan di sekitar nukleus ini di awan yang disebut.

“Radiasi energi ultra-tinggi terdiri dari proton atau inti inti dengan energi hingga 1020 volt elektron,” jelas Oikonomou.

Jika angka itu tidak berarti apa -apa bagi Anda, Anda harus tahu bahwa dalam konteks ini, itu adalah energi yang sangat besar.

“Partikel seperti ini, yang lebih kecil dari atomMengandung energi sebanyak bola tenis ketika Serena Williams menyajikannya dengan harga 200 kilometer per jam, “kata Oikonomou.

Ini sesuai dengan energi sekitar satu miliar kali lebih banyak daripada partikel yang diciptakan oleh para peneliti di Hadron Collider Besar di Swiss dan Prancis.

Untungnya, sinar kosmik ini dihancurkan oleh atmosfer bumi. Ketika mereka mencapai permukaan tanah, mereka tidak berbahaya seperti semua radiasi kosmik lainnya yang mencapai kita di permukaan bumi.

“Tetapi bagi para astronot, radiasi kosmik adalah masalah yang sangat serius,” kata Oikonomou.

Kru maskapai tidak perlu khawatir tentang hal ini karena mereka tidak cukup tinggi.

“Perhatian utama bagi para astronot adalah radiasi energi rendah yang dihasilkan oleh matahari kita sendiri, karena itu jauh lebih umum. Cahaya yang kita pelajari jarang terjadi sehingga sangat tidak mungkin bahwa mereka akan melewati astronot,” katanya.

Tersangka lainnya

Sebelumnya, para peneliti telah melihat apakah partikel berenergi tinggi ini berasal dari sinar gamma, dari galaksi yang menciptakan bintang baru di tingkat yang sangat tinggi, atau dari plasma Mengalir keluar dari lubang hitam Supermasi.

Namun, Oikonomou dan rekan -rekannya memiliki hipotesis lain.

“Semua hipotesis lainnya adalah tebakan yang sangat baik – mereka semua adalah sumber yang mengandung banyak energi. Tetapi tidak ada yang memberikan bukti bahwa salah satunya adalah sumbernya. Itulah sebabnya kami memutuskan untuk menyelidiki angin dari lubang bubuk SuperMasi,” kata Ehlert.

Bersalah? Mungkin

Jadi apa yang sebenarnya kita ketahui? Apakah angin yang menciptakan partikel energi tinggi dalam radiasi kosmik?

“Jawaban kami lebih dari 'mungkin', kata Oikonomou.

Kedengarannya tidak terlalu dramatis. Namun, ketika para peneliti mengajukan pertanyaan seperti ini, mereka sering merasakan kegembiraan dan berpikir “Ya, itu mungkin terjadi!”, Tetapi itu tidak berarti itu terjadi dalam masalah ini.

“Kami menemukan bahwa kondisi yang terkait dengan angin selaras dengan akselerasi partikel. Tetapi kami masih tidak dapat membuktikan bahwa secara khusus angin ini mempercepat partikel di balik radiasi kosmik energi tinggi,” kata Oikonomou.

Namun, model yang digunakan oleh para peneliti dapat menjelaskan satu aspek spesifik dari partikel -partikel ini yang masih belum kita pahami. Dalam rentang energi tertentu, partikel memiliki komposisi kimia yang tidak dapat dijelaskan oleh model lain dengan cara yang bermakna.

“Kami juga dapat menguji model menggunakan eksperimen neutrino,” kata Oikonomou.

Namun, itu adalah sesuatu untuk artikel yang sama sekali berbeda.

“Di tahun -tahun mendatang, kami berharap dapat berkolaborasi dengan astronom neutrino untuk menguji hipotesis kami,” kata Oikonomou. Mungkin mereka kemudian akan menemukan lebih banyak bukti, dengan satu atau lain cara.

Referensi: “Sinar kosmik ultra-energi dari aliran ultra cepat dari inti galaksi aktif” oleh Domenic Ehlert, Foteini Oikonomou dan Enrico Peretti, 19 Maret 2025, Pemberitahuan Bulanan Masyarakat Astronomi Kerajaan.
Doi: 10.1093/mnras/staff457

Jangan pernah melewatkan terobosan: Bergabunglah dengan Buletin ScitechDaily.
Ikuti kami di Google dan Google News.