Унікальна особливість сусідньої чорної діри може допомогти розгадати таємницю космічного проміння

Маленька чорна діра допомагає вченим зрозуміти, як таємничі космічні промені можуть пронизувати Всесвіт і потрапляти на Землю майже зі швидкістю світла.

Високоенергетичні космічні промені постійно падають на нас з космосу, але вчені знають про них не так багато. Одна з давніх загадок полягає в тому, як космічні промені можуть досягати нашої планети з такою швидкістю.

Вперше дослідники, вивчаючи чорну діру, помітили природний прискорювач частинок, який прискорює космічні промені, що бомбардують нашу планету.

“Протягом останніх років ми могли сказати: “Так, є прискорення частинок. Як? Неможливо сказати. Але воно є”, – розповіла Business Insider Лаура Олівера-Ньєто, автор статті та дослідниця з Інституту ядерної фізики імені Макса Планка в Гейдельберзі.

“Зараз ми вступаємо в епоху, коли ми можемо відповісти, де і як”, – сказала вона.

Малюнок художника показує, як струмені навколо SS 433 вписуються в туманність Ламантина. (Лабораторія наукової комунікації MPIK/H.E.S.S.)

Швидкісні космічні промені йдуть від чорних дір і вибухаючих зірок

Наша планета плаває в морі космічних променів. Ці заряджені частинки розлітаються по Всесвіту, приносячи з собою багато енергії.

Якби ці промені потрапляли на нашу планету без фільтрації, життя на Землі було б неможливим. Космічні промені рухаються майже зі швидкістю світла – настільки швидко, що можуть проходити крізь наші тіла, як повітря, приносячи стільки енергії, що наша ДНК розірвалася б на стрічки.

На щастя для нас, атмосфера нашої планети захищає нас від найгіршої радіації. Але нам все одно важливо розуміти, як вона з’являється у нашому Всесвіті, особливо зважаючи на те, що все більше країн інвестують у те, щоб у майбутньому люди стали багатопланетним видом.

І одна з речей, яку ми дійсно не розуміємо, це те, як вони досягають такої швидкості.

Зазирнути в серце струменя

Коли вчені дивляться на космічні промені, що йдуть від квазарів і наднових, зазвичай все, що вони бачать – це великі згустки.

Високоенергетичні космічні промені йдуть від квазарів, які знаходяться дуже далеко – якщо б вони були ближче, то розірвали б Чумацький Шлях, тому їх важко розгледіти в деталях. Наднові можуть бути ближче, але вони випромінюють низькоенергетичні промені, які дуже слабкі, якщо їх бачити в телескоп на Землі.

Але близький космічний об’єкт під назвою SS 433 надав рідкісну можливість зазирнути в космічні промені в безпрецедентних деталях.

SS 433 – це мікроквазар, тобто маленька чорна діра, маса якої приблизно в десять разів перевищує масу Сонця. Він розташований у туманності Ламантина, хмарі газу, що залишилася після вибуху зірки, яка розірвалася на відстані близько 18 000 світлових років.

“Його називають мікроквазаром, тому що він схожий на мініатюрну версію цих речей”, – каже Олівера-Ньєто.

Це означає, що він досить слабкий, щоб перебувати поруч, але досить сильний, щоб вивергати частинки з більшою енергією, ніж у наднової.

Є ще одна причина, чому цей мікроквазар такий “особливий”, – каже Олівера-Ньєто. Ці об’єкти зазвичай мають струмені, які тривають день або два.

“Цей же має спалахи протягом 50 років, що є надзвичайним, тому що це єдиний відомий нам об’єкт, який застряг у такому стані”, – сказала вона.

Коли Олівера-Ньєто та її колеги подивилися на цей об’єкт, вони виявили, що між струменями був великий розрив. Вони побачили невеликі спіралі навколо чорної діри, приблизно на відстані 0,1 парсека, а потім нічого, і струмені знову з’явилися приблизно за 75 світлових років.

Вчені вважають, що саме в цьому розриві частинки прискорюються до швидкості, близької до швидкості світла.

Розташування прискорювача підказує нам, як він працює
Вчені мають три теорії, які пояснюють, як працює цей природний прискорювач частинок.

Одна з них полягає в тому, що лінії магнітного поля навколо чорної діри несуть ці частинки, і вони піддаються такому сильному напруженню, що різко розриваються, виштовхуючи частинки в космос.

Але в такому випадку прискорювач мав би бути досить близько до чорної діри.

Інший варіант – чорна діра створює тунелі, які прискорюють частинки, коли вони відскакують від її стінок. Але тоді частинки поступово прискорюються.

Спостереження вперше свідчить на користь третьої гіпотези: частинки наштовхуються на невидиму стіну, так званий розрив, який різко зупиняє частинки на їхньому шляху.

Ця зміна швидкості призводить до накопичення енергії навколо частинок, яка надає їм швидкості, коли вони врешті-решт прориваються крізь неї.

Тепер питання в тому, що створює цей шок?

“Ми не знаємо, тому що це досить інтригуюче, оскільки це відбувається з обох боків симетрично”, – каже Олівера-Ньєто.