Universum är fyllt med energirika partiklar, som röntgenstrålar, gammastrålar, och neutriner. Dock, de flesta av de kosmiska högenergipartiklarnas ursprung förblir oförklarade.

Nu, ett internationellt forskarlag har föreslagit ett scenario som förklarar dessa; svarta hål med låg aktivitet fungerar som stora fabriker av kosmiska partiklar med hög energi.

Detaljer om deras forskning publicerades i tidskriften Naturkommunikation .

Gammastrålar är högenergifotoner som är många storleksordningar mer energiska än synligt ljus. Rymdsatelliter har upptäckt kosmiska gammastrålar med energier från megaelektron till gigaelektronvolt.

Neutrinos är subatomära partiklar vars massa är nästan noll. De interagerar sällan med vanlig materia. Forskare vid IceCube Neutrino Observatory har också mätt kosmiska neutrinos med hög energi.

Både gammastrålar och neutriner bör skapas av kraftfulla kosmiska strålningsacceleratorer eller omgivande miljöer i universum. Dock, deras ursprung är fortfarande okänt. Det anses allmänt att aktiva supermassiva svarta hål (så kallade aktiva galaktiska kärnor), speciellt de med kraftfulla jetstrålar, är de mest lovande utsändarna av högenergigammastrålar och neutriner. Dock, nyare studier har visat att de inte förklarar de observerade gammastrålar och neutriner, vilket tyder på att andra källklasser är nödvändiga.

Den nya modellen visar att inte bara aktiva svarta hål utan även icke-aktiva, "mjuka" är viktiga, fungerar som gammastrålnings- och neutrinofabriker.

Alla galaxer förväntas innehålla supermassiva svarta hål i sina centrum. När materia faller i ett svart hål, en enorm mängd gravitationsenergi frigörs. Denna process värmer gasen, bildar högtemperaturplasma. Temperaturen kan nå så högt som tiotals miljarder grader Celsius för lågtillväxta svarta hål på grund av ineffektiv kylning, och plasman kan generera gammastrålar i megaelektronvoltsområdet.

Sådana mjuka svarta hål är mörka som enskilda föremål, men de är många i universum. Forskargruppen fann att de resulterande gammastrålarna från lågackreterande supermassiva svarta hål kan bidra avsevärt till de observerade gammastrålarna i megaelektronvoltsområdet.

I plasman, protoner kan accelereras till energier på ungefär 10, 000 gånger högre än de som uppnåddes av Large Hadron Collider – den största människotillverkade partikelacceleratorn. De snabba protonerna producerar högenergineutriner genom interaktioner med materia och strålning, som kan stå för den högre energidelen av den kosmiska neutrinodatan. Denna bild kan appliceras på aktiva svarta hål, vilket visat sig i tidigare forskning. De supermassiva svarta hålen inklusive både aktiva och icke-aktiva galaktiska kärnor kan förklara en stor del av de observerade IceCube-neutrinerna inom ett brett energiområde.

Framtida observationsprogram för flera budbärare är avgörande för att identifiera ursprunget till kosmiska högenergipartiklar. Det föreslagna scenariot förutsäger gammastrålningsmotsvarigheter i megaelektronvoltsområdet till neutrinokällorna. De flesta av de befintliga gammastrålningsdetektorerna är inte inställda för att upptäcka dem; men framtida gammastrålningsexperiment, tillsammans med nästa generations neutrinoexperiment, kommer att kunna detektera multi-budbärarsignalerna.