L'Universo è pieno di particelle energetiche, come i raggi X, raggi gamma, e neutrini. Però, la maggior parte delle origini delle particelle cosmiche ad alta energia rimane inspiegabile.

Ora, un gruppo di ricerca internazionale ha proposto uno scenario che li spiega; i buchi neri a bassa attività fungono da importanti fabbriche di particelle cosmiche ad alta energia.

I dettagli della loro ricerca sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

I raggi gamma sono fotoni ad alta energia che sono molti ordini di grandezza più energetici della luce visibile. I satelliti spaziali hanno rilevato raggi gamma cosmici con energie da megaelettroni a gigaelettronvolt.

I neutrini sono particelle subatomiche la cui massa è quasi zero. Raramente interagiscono con la materia ordinaria. I ricercatori dell'Osservatorio IceCube Neutrino hanno anche misurato i neutrini cosmici ad alta energia.

Sia i raggi gamma che i neutrini dovrebbero essere creati da potenti acceleratori di raggi cosmici o dagli ambienti circostanti nell'Universo. Però, le loro origini sono ancora sconosciute. È opinione diffusa che i buchi neri supermassicci attivi (i cosiddetti nuclei galattici attivi), soprattutto quelli con getti potenti, sono i più promettenti emettitori di raggi gamma e neutrini ad alta energia. Però, recenti studi hanno rivelato che non spiegano i raggi gamma e i neutrini osservati, suggerendo che sono necessarie altre classi di origine.

Il nuovo modello mostra che non solo i buchi neri attivi ma anche quelli non attivi, quelli "dolci" sono importanti, fungendo da fabbriche di raggi gamma e neutrini.

Si prevede che tutte le galassie contengano buchi neri supermassicci al loro centro. Quando la materia cade in un buco nero, viene rilasciata un'enorme quantità di energia gravitazionale. Questo processo riscalda il gas, formazione di plasma ad alta temperatura. La temperatura può raggiungere decine di miliardi di gradi Celsius per i buchi neri a basso accrescimento a causa del raffreddamento inefficiente, e il plasma può generare raggi gamma nell'intervallo dei megaelettronvolt.

Tali buchi neri morbidi sono deboli come oggetti individuali, ma sono numerosi nell'Universo. Il team di ricerca ha scoperto che i raggi gamma risultanti dai buchi neri supermassicci a basso accrescimento possono contribuire in modo significativo ai raggi gamma osservati nell'intervallo dei megaelettronvolt.

Nel plasma, i protoni possono essere accelerati a energie di circa 10, 000 volte superiori a quelli ottenuti dal Large Hadron Collider, il più grande acceleratore di particelle creato dall'uomo. I protoni accelerati producono neutrini ad alta energia attraverso le interazioni con la materia e la radiazione, che può spiegare la parte a più alta energia dei dati sui neutrini cosmici. Questa immagine può essere applicata ai buchi neri attivi, come dimostrato da ricerche precedenti. I buchi neri supermassicci che includono nuclei galattici sia attivi che non attivi possono spiegare una grande frazione dei neutrini IceCube osservati in un'ampia gamma di energia.

I futuri programmi di osservazione multi-messaggero sono cruciali per identificare l'origine delle particelle cosmiche ad alta energia. Lo scenario proposto prevede controparti di raggi gamma nell'intervallo dei megaelettronvolt alle sorgenti di neutrini. La maggior parte dei rilevatori di raggi gamma esistenti non sono sintonizzati per rilevarli; ma futuri esperimenti con raggi gamma, insieme agli esperimenti sui neutrini di nuova generazione, sarà in grado di rilevare i segnali multi-messaggero.