Găuri negre rotative și protoni de energie extremă în centrul Căii Lactee
O nouă cercetare publicată pe serverul de preprinturi arXiv analizează posibilitatea ca gaura neagră supermasivă din centrul galaxiei noastre, Sgr A*, să acționeze ca un accelerator natural de particule de energie extremă, prin intermediul unui mecanism teoretic cunoscut sub numele de procesul Penrose magnetic.
Mecanismul, propus inițial de Roger Penrose în 1969, descrie modul în care energia poate fi extrasă direct dintr-o gaură neagră în rotație, reducându-i astfel masa totală. Acest lucru diferă de procesul obișnuit prin care găurile negre generează energie consumând materie și crescându-și masa.
Procesul se bazează pe o particularitate a găurilor negre rotative numită ergosferă. Pe măsură ce o gaură neagră se rotește, antrenează spațiul din jurul ei, efect cunoscut sub numele de antrenare de cadru. În ergosferă, această antrenare este atât de puternică încât nicio navă spațială, oricât de rapidă, nu ar putea contracara rotația impusă.
Într-un scenariu simplificat, o navă care ar intra în ergosferă și ar arunca deșeuri spre gaura neagră ar primi, prin conservarea energiei, un impuls suplimentar de viteză, reușind să scape cu mai multă energie decât la intrare. Gaura neagră ar absorbi energia negativă a deșeurilor și ar pierde masă. Variantele care implică interacțiunea cu câmpuri magnetice pot fi mult mai eficiente.
Studiul recent, semnat de Marina Cermeño și colaboratori, analizează nu o navă ipotetică, ci un neutron aflat în ergosfera găurii negre Sgr A*. Neutronii nu au sarcină electrică netă, dar se pot dezintegra într-un proton, un electron și un neutrino. Această dezintegrare joacă rolul aruncării deșeurilor: neutronul elimină un electron, iar protonul primește un impuls de energie. Deoarece protonul și electronul sunt particule încărcate electric, ele interacționează cu câmpul magnetic din ergosferă, activând astfel procesul Penrose magnetic.
Pe baza unor estimări rezonabile privind traiectoria unui neutron care intră în ergosferă, echipa estimează că procesul ar putea genera protoni cu energii de ordinul PeV, adică petaelectronvolți, de o mie de ori mai mari decât energia celor mai energetici protoni produși în Large Hadron Collider.
Acești protoni ar scăpa din ergosferă aproape cu viteza luminii și ar lovi moleculele de gaz din jurul găurii negre, producând raze gamma intense cu o semnătură spectrală specifică. În plus, deoarece dezintegrarea neutronului generează și un neutrino, procesul ar trebui să producă și neutrini de înaltă energie. Astfel, astronomii ar putea observa un semnal multimessenger, combinând lumina și neutrinii.
Din păcate, atât semnalul gamma, cât și cel de neutrini sunt prea slabe pentru a fi detectate cu tehnologia actuală. Totuși, versiuni modernizate ale observatorului High-Altitude Water Cherenkov și noua generație a Observatorului de Neutrini IceCube din Antarctica ar trebui să le poată detecta. Aceasta înseamnă că, în viitorul apropiat, am putea descoperi dovezi ale procesului Penrose și confirmarea faptului că găurile negre pot pierde masă.
