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 menjangkau 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” bukanlah sinar sama sekali. Istilah yang macet karena alasan historis, tetapi dalam kenyataannya mereka adalah partikel kecil, terutama inti atom, yang telah didorong ke 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 yang meledak, atau bintang pemintalan neutron (sejenis bintang mati).

Namun, sering kali, 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 Universitas Sains dan Teknologi Norwegia (NTNU) sekarang mungkin lebih dekat untuk memecahkan teka -teki abadi ini dalam fisika.

Lubang hitam supermasif mungkin menjadi penyebabnya

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

Penulis utama adalah rekan peneliti PhD Domenik Ehlert dari departemen yang sama. Tim ini juga termasuk sesama postdoctoral Enrico Peretti 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 berenergi tinggi ini diciptakan oleh angin dari lubang hitam supermasif,” 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 mengonsumsi bintang, karena tidak ada cukup masalah di sekitarnya, ”kata Peretti.

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

“Sebagian kecil bahan dapat didorong oleh kekuatan lubang hitam sebelum ditarik masuk. Sebagai hasilnya, sekitar setengah dari lubang hitam supermasif ini 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 memengaruhi 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 yang kuat ini mempercepat partikel yang menciptakan radiasi energi yang sangat tinggi, ”kata Ehlert.

Untuk memahami 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 atom 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 atomberisi 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 kosmik yang dihasilkan oleh matahari kita sendiri, karena jauh lebih umum. Sinar yang kita pelajari jarang terjadi sehingga sangat tidak mungkin mereka akan melewati astronot,” katanya.

Tersangka lainnya

Sebelumnya, para peneliti telah melihat apakah partikel-partikel berenergi tinggi ini berasal dari semburan sinar gamma, dari galaksi yang menciptakan bintang baru pada tingkat yang sangat tinggi, atau dari plasma arus keluar dari lubang hitam supermasif.

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 satu dari mereka adalah sumbernya. Itulah sebabnya kami memutuskan untuk menyelidiki angin dari lubang hitam supermasif,” kata Ehlert.

Bersalah? Mungkin

Jadi apa yang sebenarnya kita ketahui? Apakah angin yang menciptakan partikel berenergi 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 saja terjadi!”, Tapi itu tidak berarti itu terjadi dalam hal ini.

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

Namun, model yang digunakan para peneliti dapat menjelaskan satu aspek spesifik dari partikel -partikel ini yang masih belum kami pahami. Dalam rentang energi tertentu, partikel -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 arus keluar ultra-cepat dari inti galaksi aktif” oleh Domenik Ehlert, Foteini Oikonomou dan Enrico Peretti, 19 Maret 2025, Pemberitahuan Bulanan Masyarakat Astronomi Kerajaan.
Doi: 10.1093/mnras/staf457

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