El Universo está lleno de partículas energéticas, como los rayos X, rayos gamma, y neutrinos. Sin embargo, la mayoría de los orígenes de las partículas cósmicas de alta energía siguen sin explicarse.

Ahora, un equipo de investigación internacional ha propuesto un escenario que los explica; los agujeros negros con baja actividad actúan como grandes fábricas de partículas cósmicas de alta energía.

Los detalles de su investigación se publicaron en la revista. Comunicaciones de la naturaleza .

Los rayos gamma son fotones de alta energía que son muchos órdenes de magnitud más energéticos que la luz visible. Los satélites espaciales han detectado rayos gamma cósmicos con energías de megaelectrones a gigaelectrones voltios.

Los neutrinos son partículas subatómicas cuya masa es casi cero. Rara vez interactúan con la materia ordinaria. Los investigadores del Observatorio de Neutrinos IceCube también han medido neutrinos cósmicos de alta energía.

Tanto los rayos gamma como los neutrinos deberían ser creados por potentes aceleradores de rayos cósmicos o entornos circundantes en el Universo. Sin embargo, sus orígenes aún se desconocen. Se cree ampliamente que los agujeros negros supermasivos activos (los llamados núcleos galácticos activos), especialmente aquellos con chorros de gran alcance, son los emisores más prometedores de neutrinos y rayos gamma de alta energía. Sin embargo, estudios recientes han revelado que no explican los rayos gamma y neutrinos observados, sugiriendo que son necesarias otras clases fuente.

El nuevo modelo muestra que no solo los agujeros negros activos sino también los no activos, los "suaves" son importantes, actuando como fábricas de rayos gamma y neutrinos.

Se espera que todas las galaxias contengan agujeros negros supermasivos en sus centros. Cuando la materia cae en un agujero negro, se libera una gran cantidad de energía gravitacional. Este proceso calienta el gas, formando plasma de alta temperatura. La temperatura puede alcanzar decenas de miles de millones de grados Celsius para los agujeros negros de baja acumulación debido a un enfriamiento ineficiente. y el plasma puede generar rayos gamma en el rango de megaelectrones voltios.

Estos suaves agujeros negros son tenues como objetos individuales, pero son numerosos en el Universo. El equipo de investigación descubrió que los rayos gamma resultantes de los agujeros negros supermasivos de baja acreción pueden contribuir significativamente a los rayos gamma observados en el rango de megaelectrones voltios.

En el plasma los protones pueden acelerarse a energías de aproximadamente 10, 000 veces mayor que los alcanzados por el Gran Colisionador de Hadrones, el acelerador de partículas más grande creado por el hombre. Los protones acelerados producen neutrinos de alta energía a través de interacciones con materia y radiación, lo que puede explicar la parte de mayor energía de los datos de neutrinos cósmicos. Esta imagen se puede aplicar a los agujeros negros activos como lo demuestran investigaciones anteriores. Los agujeros negros supermasivos que incluyen núcleos galácticos activos y no activos pueden explicar una gran fracción de los neutrinos IceCube observados en un amplio rango de energía.

Los futuros programas de observación de múltiples mensajeros son cruciales para identificar el origen de las partículas cósmicas de alta energía. El escenario propuesto predice contrapartes de rayos gamma en el rango de megaelectrones voltios a las fuentes de neutrinos. La mayoría de los detectores de rayos gamma existentes no están sintonizados para detectarlos; pero futuros experimentos de rayos gamma, junto con experimentos de neutrinos de próxima generación, podrá detectar las señales de mensajería múltiple.