新理论揭示了极端能源空间粒子的统一起源

该图像说明了来自宇宙射线的巨大储层的“多信使”排放，这些宇宙射线从超大的射流从超迹线孔加速。

新模型连接了非常高能的中微子，超高能量宇宙射线和高能伽玛光线的起源，带有嵌入在其环境中的黑洞喷射器。

Astroparticle物理中最大的奥秘之一是超高能量宇宙射线，非常高能量的中微子和高能量伽马射线的起源。现在，一个新的理论模型表明，在宇宙射线通过来自超大的黑洞的强大喷射器加速宇宙射线后，它们都可以击落到太空。

该模型同时解释了所有三种类型的“宇宙信使”颗粒的自然来源，是基于详细数值计算的类的第一个天体物理模型。描述了由宾夕法尼亚州立大学和马里兰州科学家生产的该模型的科学论文将在2018年1月22日在“自然物理学期刊”的网站上作为进步在线出版物。

“我们的模型显示了一种理解为什么这三种类型的宇宙信使粒子具有令人惊讶的类似电力输入到宇宙中的方法，尽管它们是由基于空间的和基于地基的探测器在十个超过10个级别的情况下观察到的近颗粒能源，“Kohta Murase，物理学和天文学助理教授和宾夕法尼亚州的天文学教授。“非常高能量的中微子，超高能量宇宙射线和高能量伽马射线的测量强度大致可比较诱惑我们想知道这些极其精力充沛的粒子是否有一些物理连接。新模型表明，非常高能量的中微子和高能伽马射线通过作为宇宙射线的子颗粒的颗粒碰撞自然产生，因此可以继承它们的母体颗粒的可比能量预算。它表明，三个宇宙信使的相似能量可能不仅仅是巧合。“

超高能量宇宙射线是宇宙中最精力充沛的颗粒 - 每个人都带有太高的能量，即使是大型强子撞机，也是世界上最强大的粒子加速器。中微子是神秘和幽灵般的颗粒，几乎没有与物质互动。在南极洲的ICecube Neutrino天文台中，在南极洲的ICecube Neverrino天文台中检测到非常高能量的中微子。伽马射线具有最高的电磁能 - 由于费米伽马射线空间望远镜和其他基于地面的观察者，具有比可见光的光子高度高于1亿倍的能量。“结合了关于这三种类型的宇宙信使的所有信息是互补的和相关的，在近年来，这种多信使方法变得极其强大，”默西斯说。

Murase和这篇新论文的第一作者，马里兰大学的博士后助理博士助理，试图解释来自非常高能量的中微子，超高能源宇宙射线和高能量伽玛光线的最新多信使数据，基于单个但逼真的天体物理设置。他们发现，通过使用数值模拟来分析这些带电粒子的命运，可以良好地解释多信使数据。

“在我们的模型中，宇宙射线通过强大的激发器的激发器，通过在喷气机结束时经常发现的无线电裂片，”芳·说。““然后，在存在环境磁场的情况下，将宇宙射线传播和相互作用计算了星系簇和组。我们进一步模拟了源和地球之间的洋光磁场中的宇宙射线传播和相互作用。最后，我们整合了宇宙中所有来源的贡献。“

半世纪古代古代宇宙粒子的奥秘的领先嫌疑人在宇宙中最高能源宇宙粒子的奥秘，是名为“活跃的银核”的星系，其在中央超大的黑洞周围具有超级辐射的芯区域。一些活跃的银核伴随着强大的相对论射流。由喷射器或其环境产生的高能宇宙颗粒几乎与光速一样快地击落到空间中。

“我们的工作表明，从活性银核和它们的环境中逸出的超高能量宇宙射线和它们的环境，例如星系簇和组可以解释超高能量宇宙射线光谱和组成。冯说，它还可以考虑地基实验发现的一些未解释的现象。““同时，可以通过宇宙射线和气囊簇和组中的气体之间的颗粒碰撞来解释高于100万兆型电源的高能量中微谱。此外，来自星系簇和间隔空间的相关伽马射线排放与漫反射高能γ射线背景的未解释的部分与一种特定类型的活性半乳核核相关联。“

“这种模式铺平了一种进一步尝试建立一个宏伟统一的模型，这些宇宙信使的所有三个通过同一类的天体物理来源和高能中微子和伽马射线的共同机制来建立一个宏伟的统一模型生产，“羽毛说。“然而，还有其他可能性，需要解释几种新的谜团，包括在南极洲冰角中微子天文台记录的一百万兆替代的中微子数据中的中微子数据。因此，基于多信使方法的进一步调查 - 与所有三个信使数据相结合理论 - 对测试我们的模型至关重要。“

预计新型号将激励对星系集群和群体的研究，以及开发其他统一的高能量宇宙粒子模型。当观察开始时，预计将经过严格的测试，例如使用iceCube-gen2和Km3net等下一代中微子探测器，以及下一代伽马射线望远镜，Cherenkov望远镜阵列。

“多信使粒子天体物理学的金色时代最近开始，”默西斯说。“现在，我们可以从所有不同类型的宇宙信使中学习的所有信息对于揭示关于极端能源宇宙粒子的物理学的新知识以及对我们宇宙的更深刻的了解。”

出版物：Ke Fang＆Kohta杂质，“通过嵌入大型结构的黑洞喷气机连接高能宇宙粒子，”自然物理（2018）DOI：10.1038 / S41567-017-0025-4