L'Univers est rempli de particules énergétiques, comme les rayons X, rayons gamma, et les neutrinos. Cependant, la plupart des origines des particules cosmiques de haute énergie restent inexpliquées.

Maintenant, une équipe de recherche internationale a proposé un scénario qui les explique; les trous noirs à faible activité agissent comme des usines majeures de particules cosmiques de haute énergie.

Les détails de leurs recherches ont été publiés dans la revue Communication Nature .

Les rayons gamma sont des photons de haute énergie qui sont de plusieurs ordres de grandeur plus énergétiques que la lumière visible. Les satellites spatiaux ont détecté des rayons gamma cosmiques avec des énergies allant du mégaélectron au gigaélectron-volt.

Les neutrinos sont des particules subatomiques dont la masse est proche de zéro. Ils interagissent rarement avec la matière ordinaire. Des chercheurs de l'Observatoire de neutrinos IceCube ont également mesuré des neutrinos cosmiques de haute énergie.

Les rayons gamma et les neutrinos devraient être créés par de puissants accélérateurs de rayons cosmiques ou les environnements environnants de l'Univers. Cependant, leurs origines sont encore inconnues. Il est largement admis que les trous noirs supermassifs actifs (appelés noyaux galactiques actifs), surtout ceux avec des jets puissants, sont les émetteurs les plus prometteurs de rayons gamma et de neutrinos de haute énergie. Cependant, des études récentes ont révélé qu'elles n'expliquent pas les rayons gamma et les neutrinos observés, suggérant que d'autres classes sources sont nécessaires.

Le nouveau modèle montre que non seulement les trous noirs actifs mais aussi non actifs, les "moelleux" sont importants, agissant comme des usines à rayons gamma et à neutrinos.

Toutes les galaxies devraient contenir des trous noirs supermassifs en leur centre. Quand la matière tombe dans un trou noir, une énorme quantité d'énergie gravitationnelle est libérée. Ce processus chauffe le gaz, formation d'un plasma à haute température. La température peut atteindre des dizaines de milliards de degrés Celsius pour les trous noirs à faible accumulation en raison d'un refroidissement inefficace, et le plasma peut générer des rayons gamma dans la gamme des mégaélectrons-volts.

Ces trous noirs moelleux sont sombres comme des objets individuels, mais ils sont nombreux dans l'Univers. L'équipe de recherche a découvert que les rayons gamma résultant des trous noirs supermassifs à faible accumulation peuvent contribuer de manière significative aux rayons gamma observés dans la gamme des mégaélectrons volts.

Dans le plasma, les protons peuvent être accélérés à des énergies d'environ 10, 000 fois plus élevées que celles obtenues par le Large Hadron Collider, le plus grand accélérateur de particules fabriqué par l'homme. Les protons accélérés produisent des neutrinos de haute énergie par le biais d'interactions avec la matière et le rayonnement, ce qui peut expliquer la partie à plus haute énergie des données sur les neutrinos cosmiques. Cette image peut être appliquée aux trous noirs actifs comme l'ont démontré des recherches antérieures. Les trous noirs supermassifs comprenant à la fois des noyaux galactiques actifs et non actifs peuvent expliquer une grande partie des neutrinos IceCube observés dans une large gamme d'énergie.

Les futurs programmes d'observation multi-messagers sont cruciaux pour identifier l'origine des particules cosmiques de haute énergie. Le scénario proposé prédit des contreparties de rayons gamma dans la gamme des mégaélectrons-volts aux sources de neutrinos. La plupart des détecteurs de rayons gamma existants ne sont pas réglés pour les détecter; mais les futures expériences de rayons gamma, ainsi que des expériences sur les neutrinos de nouvelle génération, sera capable de détecter les signaux multi-messagers.