O Universo está cheio de partículas energéticas, como raios X, raios gama, e neutrinos. Contudo, a maioria das origens das partículas cósmicas de alta energia permanece inexplicada.

Agora, uma equipe de pesquisa internacional propôs um cenário que os explica; buracos negros com baixa atividade atuam como grandes fábricas de partículas cósmicas de alta energia.

Detalhes de sua pesquisa foram publicados no jornal Nature Communications .

Os raios gama são fótons de alta energia que têm muitas ordens de magnitude mais energéticos do que a luz visível. Os satélites espaciais detectaram raios gama cósmicos com energias de megaelétrons a gigaelétrons volts.

Neutrinos são partículas subatômicas cuja massa é quase zero. Eles raramente interagem com a matéria comum. Pesquisadores do Observatório de Neutrinos IceCube também mediram neutrinos cósmicos de alta energia.

Tanto os raios gama quanto os neutrinos devem ser criados por poderosos aceleradores de raios cósmicos ou ambientes circundantes no Universo. Contudo, suas origens ainda são desconhecidas. É amplamente aceito que buracos negros supermassivos ativos (os chamados núcleos galácticos ativos), especialmente aqueles com jatos poderosos, são os emissores mais promissores de raios gama e neutrinos de alta energia. Contudo, estudos recentes revelaram que eles não explicam os raios gama e neutrinos observados, sugerindo que outras classes de origem são necessárias.

O novo modelo mostra que não apenas buracos negros ativos, mas também não ativos, os "suaves" são importantes, atuando como fábricas de raios gama e neutrinos.

Espera-se que todas as galáxias contenham buracos negros supermassivos em seus centros. Quando a matéria cai em um buraco negro, uma grande quantidade de energia gravitacional é liberada. Este processo aquece o gás, formando plasma de alta temperatura. A temperatura pode chegar a dezenas de bilhões de graus Celsius para buracos negros de baixa acreção devido ao resfriamento ineficiente, e o plasma pode gerar raios gama na faixa de volt de megaelétrons.

Esses buracos negros suaves são opacos como objetos individuais, mas eles são numerosos no Universo. A equipe de pesquisa descobriu que os raios gama resultantes de buracos negros supermassivos de baixo acréscimo podem contribuir significativamente para os raios gama observados na faixa de volt de megaelétrons.

No plasma, prótons podem ser acelerados para energias de aproximadamente 10, 000 vezes mais do que os alcançados pelo Large Hadron Collider - o maior acelerador de partículas feito pelo homem. Os prótons acelerados produzem neutrinos de alta energia por meio de interações com matéria e radiação, que pode ser responsável pela parte de maior energia dos dados de neutrino cósmico. Esta imagem pode ser aplicada a buracos negros ativos, conforme demonstrado por pesquisas anteriores. Os buracos negros supermassivos, incluindo núcleos galácticos ativos e não ativos, podem explicar uma grande fração dos neutrinos IceCube observados em uma ampla faixa de energia.

Futuros programas de observação com vários mensageiros são cruciais para identificar a origem das partículas cósmicas de alta energia. O cenário proposto prevê contrapartes de raios gama na faixa de volt de megaelétrons para as fontes de neutrino. A maioria dos detectores de raios gama existentes não são ajustados para detectá-los; mas futuros experimentos de raios gama, junto com experimentos de neutrino de próxima geração, será capaz de detectar os sinais de multi-mensageiro.