Окрестности чёрных дыр помогут решить загадку
Звезда, приближающаяся к горизонту событий чёрной дыры, теряет свой газ, а приобретающий его аккреционный диск ЧД разогревается и начинает интенсивнее излучать в гамма-диапазоне.
Группа американских астрономов полагает, что космические лучи ультравысоких энергий, столько лет приводившие в недоумение научное сообщество, являются побочным продуктом сильнейшего гамма-излучения, которое возникает при падении звезды в чёрную дыру.
Откуда приходят космические лучи ультравысоких энергий (КЛУВ)?
Так называют ту часть космических лучей, энергия частиц которых (элементарные частицы и ядра атомов) превышает предел Грайзена — Зацепина — Кузьмина, теоретически составляющий 6•1019 эВ. Предел был вычислен в 1966 году и связан с взаимодействием частиц: те из них, что обладают энергией, превышающей 5•1019 эВ, взаимодействуют с фотонами, рождая пионы, пока энергия таких частиц не упадёт ниже указанного порога.
Теоретически, если источник КЛУВ будет находиться ближе 50 Мпк, такие частицы всё же дойдут: средняя дистанция гашения энергии частиц космических лучей фотонами как раз равна этому расстоянию. Вот только столь близких источников КЛУВ так никогда и не было обнаружено.
Таким образом, природа всех космических частиц с большей энергией пока не объяснена, однако американские астрономы полагают, что нашли ключ к проблеме — и им стала вспышка гамма-излучения GRB 110328A, произошедшая в созвездии Дракона в марте 2011 года.
Свечение в гамма-диапазоне после этой вспышки не спадало неделю — вместо нескольких часов, как это обычно бывает. Кроме того, подавляющими оказались масштабы явления: вспышка случилась на расстоянии в 3,8 млрд световых лет, при этом в поперечнике она была равна 450 тыс. световых лет! Анализ показал, что речь, скорее всего, идёт о таком теоретически давно обсуждавшемся, но ни разу не зарегистрированном напрямую событии, как поглощение звезды (или группы близко расположенных звёзд) близлежащей чёрной дырой. Как отмечает представляющая Университет Нью-Йорка Гленнис Фарар (Glennys Farrar), один из авторов работы, при таком захвате массивного объекта аккреционный диск вокруг ЧД будет переполнен веществом, и поскольку скорость его падения за горизонт событий лимитирована, то вещество аккреционного диска может разгоняться до значительно больших скоростей, чем обычно, разогреваясь до особо высоких температур.
При этом образуется интенсивное гамма-излучение, которое, бомбардируя ближайшие и более отдалённые окрестности ЧД, инициирует в них образование частиц очень высоких энергий.
Гамма-вспышка GRB 110328A крайне необычна как по огромным размерам, так и по значительной длительности. (Иллюстрация NASA / Chandra / High Resolution Camera.)
Проблема предела Грайзена — Зацепина — Кузьмина при этом решается, но остаётся другая. Как проверить гипотезу, когда гамма-лучи (путешествующие со скоростью света) приходят из того же района, что и космические лучи (перемещающиеся с гораздо меньшими скоростями), если гамма-лучи прибывают миллионами лет раньше? По мнению исследователей, чтобы достоверно определить адекватность их гипотезы реальности, потребуется найти значительное количество таких активных ядер галактик (АЯГ), излучение которых относительно слабо в сравнении с другими, но сами они при этом находятся именно в тех направлениях, откуда на Землю приходят КЛУВ.
В таких слабых АЯГ, отмечают астрономы, просто не может быть другого механизма генерации частиц высоких энергий, кроме предложенного ими.
