Η κεντρική μαύρη τρύπα του Γαλαξία μας θα μπορούσε να χάσει μάζα τροφοδοτώντας σωματίδια που διαφεύγουν, ενώ νέοι υπολογισμοί υποδεικνύουν πώς οι αστρονόμοι θα μπορούσαν να εντοπίσουν αυτή τη διαδικασία.
Πώς οι μαύρες τρύπες μπορούν να τροφοδοτήσουν ακραία επιτάχυνση σωματιδίων
Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία ενδέχεται να επιταχύνει σωματίδια σε ενέργειες που ξεπερνούν κατά πολύ οτιδήποτε μπορεί να επιτευχθεί στους ισχυρότερους επιταχυντές σωματιδίων της Γης. Μια νέα θεωρητική μελέτη υποστηρίζει ότι ο Τοξότη Α* (Sagittarius A*) —μια μαύρη τρύπα με μάζα περίπου τέσσερα εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή του Ήλιου— θα μπορούσε να το επιτύχει αυτό μεταφέροντας μέρος της ενέργειας περιστροφής της απευθείας σε πρωτόνια.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι αυτά τα σωματίδια θα μπορούσαν να φτάσουν σε ενέργειες αρκετών πετα-ηλεκτρονιοβόλτ (PeV) —ποσό που ισοδυναμεί με αρκετά τετράκις εκατομμύρια ηλεκτρονιοβόλτ. Αυτό θα καθιστούσε τον Τοξότη Α* έναν πιθανό «γαλαξιακό PeVatron»: έναν φυσικό επιταχυντή σωματιδίων, ικανό να παράγει μερικές από τις πιο ενεργητικές κοσμικές ακτίνες στον Γαλαξία μας.
Το μεγαλύτερο μέρος της έντονης ακτινοβολίας που συνδέεται με μαύρες τρύπες οι οποίες «τρέφονται» ενεργά, προέρχεται από την ύλη που τις περιβάλλει και όχι από τις ίδιες τις μαύρες τρύπες. Ωστόσο, το 1969, ο φυσικός Roger Penrose πρότεινε ότι οι περιστρεφόμενες μαύρες τρύπες θα μπορούσαν επίσης να αποδώσουν μέρος της δικής τους ενέργειας, μέσω ενός μηχανισμού γνωστού ως «διαδικασία Penrose».
H περιστροφή της Μαύρης Τρύπας
Η διαδικασία αυτή λαμβάνει χώρα στην «εργόσφαιρα» — μια περιοχή όπου η περιστροφή της μαύρης τρύπας στρεβλώνει τον χωροχρόνο τόσο έντονα, ώστε οτιδήποτε βρίσκεται εκεί αναγκάζεται να κινείται προς την κατεύθυνση της περιστροφής της.
Φανταστείτε τη μαύρη τρύπα σαν ένα γιγαντιαίο, ταχύτατα περιστρεφόμενο καρουζέλ, το οποίο παρασύρει μαζί του τον γύρω χωροχρόνο. Υπό ορισμένες συνθήκες, ένα σωματίδιο που εισέρχεται σε αυτή την περιοχή μπορεί να διασπαστεί: το ένα τμήμα του πέφτει μέσα στη μαύρη τρύπα, ενώ το άλλο διαφεύγει έχοντας περισσότερη ενέργεια από όση διέθετε το αρχικό σωματίδιο.
Η επιπλέον ενέργεια προέρχεται από την ίδια την περιστροφή της μαύρης τρύπας — παρόμοια με τον τρόπο που ένα αντικείμενο μπορεί να λάβει μια επιπλέον ώθηση από ένα περιστρεφόμενο καρουζέλ. Μια πιο ισχυρή παραλλαγή, που ονομάζεται «μαγνητική διαδικασία Penrose» (Magnetic Penrose Process - MPP), χρησιμοποιεί μαγνητικά πεδία για να μεταφέρει αυτή την ενέργεια περιστροφής σε φορτισμένα σωματίδια με πολύ μεγαλύτερη αποδοτικότητα, εκτοξεύοντάς τα ενδεχομένως στο διάστημα με εξαιρετικά υψηλές ενέργειες.
Ορισμένα νετρόνια θα μπορούσαν να εισέλθουν στην εργόσφαιρα και να διασπαστούν σε πρωτόνια, ηλεκτρόνια και αντινετρίνα. Τα φορτισμένα σωματίδια που προκύπτουν θα αλληλεπιδρούσαν με το μαγνητικό πεδίο, επιτρέποντας ενδεχομένως στα πρωτόνια να διαφύγουν μεταφέροντας τεράστια ποσά ενέργειας.
«Τα αποτελέσματά μας ενισχύουν την ερμηνεία του Τοξότη Α* ως υποψήφιου γαλαξιακού "PeVatron"», γράφουν οι ερευνητές στη μελέτη τους.
Θα μπορούσαν οι ακτίνες γάμμα να αποκαλύψουν την κρυφή διαδικασία;
Αυτά τα επιταχυνόμενα πρωτόνια θα κινούνταν προς τα έξω και θα συγκρούονταν με πυκνό αέριο στην Κεντρική Μοριακή Ζώνη που περιβάλλει το γαλαξιακό κέντρο. Τέτοιες συγκρούσεις μπορούν να παράγουν ακτίνες γάμμα και νετρίνα, παρέχοντας πιθανές παρατηρησιακές ενδείξεις για τον εν λόγω μηχανισμό.
Οι αστρονόμοι έχουν ήδη ανιχνεύσει ακτίνες γάμμα πολύ υψηλής ενέργειας από το γαλαξιακό κέντρο, αλλά η ακριβής προέλευσή τους παραμένει αβέβαιη. Ο εντοπισμός της πηγής των κοσμικών ακτίνων είναι ιδιαίτερα δύσκολος, καθώς τα ηλεκτρικά τους φορτία έχουν ως αποτέλεσμα τα μαγνητικά πεδία να κάμπτουν τις τροχιές τους. Αντιθέτως, οι ακτίνες γάμμα ταξιδεύουν χωρίς να εκτρέπονται από αυτά τα πεδία, γεγονός που τις καθιστά πολύτιμες για τον εντοπισμό περιοχών όπου λαμβάνει χώρα ακραία επιτάχυνση σωματιδίων.
Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι η μαγνητική διαδικασία Penrose θα μπορούσε να δημιουργήσει χαρακτηριστικά γνωρίσματα στο φάσμα ενέργειας των ακτίνων γάμμα και να συμβάλει στην εκπομπή που έχει ήδη παρατηρηθεί από τα όργανα H.E.S.S. και HAWC. Τα μοντέλα τους προβλέπουν σήματα εντός των ορίων ευαισθησίας του σχεδιαζόμενου Παρατηρητηρίου Ακτίνων Γάμμα Ευρέος Πεδίου του Νότου (Southern Wide-field Gamma-ray Observatory - SWGO), ενώ το Παρατηρητήριο Συστοιχίας Τηλεσκοπίων Τσερενκόφ (Cherenkov Telescope Array Observatory - CTAO) ενδέχεται να είναι σε θέση να ελέγξει ορισμένα από τα σενάρια.
«Τα αποτελέσματά μας υποδεικνύουν ότι το SWGO θα πρέπει να είναι σε θέση να διερευνήσει όλα τα σενάρια που εξετάζουμε στην παρούσα εργασία», αναφέρουν οι ερευνητές.
www.worldenergynews.gr
