Сверхмассивные черные дыры оказались источником нейтрино высоких энергий
Нейтрино высоких энергий, регистрируемые обсерваторией IceCube на Южном полюсе, долгое время оставались загадкой для астрофизиков. Откуда берутся эти частицы, почти не взаимодействующие с материей? Новое исследование предлагает убедительное объяснение: их источником являются сверхмассивные черные дыры в центрах сейфертовских галактик.
В работе, представленной на arXiv, ученые построили обобщенную функцию светимости нейтрино для протонов, ускоряемых в рентгеновских коронах таких черных дыр. Главная неопределенность в оценке вклада этих систем в диффузный внегалактический нейтринный фон — физика ускорения частиц. Авторы преодолели ее с помощью теоретической модели, основанной на плазменных кинетических симуляциях.
Модель позволила установить более самосогласованную связь между условиями в короне, популяциями нетепловых протонов и производством нейтрино. Оказалось, что нейтринная светимость зависит в первую очередь от рентгеновской светимости короны и ее намагниченности, и лишь слабо — от массы черной дыры.
Интегрированное по космологическим масштабам излучение от таких систем, как показали расчеты, может объяснить суб-ПэВ диффузный внегалактический нейтринный поток, зарегистрированный IceCube. Это важный шаг к пониманию того, что именно порождает эти загадочные частицы.
Кроме того, авторы отмечают, что, хотя диффузионное удержание частиц в короне изучено достаточно хорошо, топология магнитного поля вблизи черных дыр естественным образом допускает истечение космических лучей из короны. Такие истечения могут сопровождаться дополнительным эффективным производством нейтрино на уровне ПэВ и влиять на динамику ближайшего галактического окружения.
Результаты открывают новые перспективы для мультимессенджерной астрофизики, где данные от нейтринных телескопов сочетаются с наблюдениями в электромагнитном диапазоне. Дальнейшие исследования позволят уточнить роль сверхмассивных черных дыр в формировании космических лучей и нейтринного фона Вселенной.
