Fysiker ser ett svart hål explodera därute

 

Bild https://www.umass.edu  Sågs ett svart hål explodera? UMass Amhersts fysiker tycker det. Denna konstnärs koncept tar ett fantasifullt grepp om att föreställa sig små uråldriga svarta hål. Källa: NASAs Goddard Space Flight Center.

År 2023 kraschade en subatomär partikel, kallad neutrino, in i jorden med så hög energi att det borde ha varit omöjligt. Faktum är att det inte finns några kända källor någonstans i universum som kan producera så hög energi. 100 000 gånger högre än den högenergetiska partikel som någonsin producerats av Large Hadron Collider, världens kraftfullaste partikelaccelerator. 

Dock lade ett team fysiker vid University of Massachusetts Amherst nyligen fram en teori att något liknande kan hända när en speciell sort av svart hål, kallad ett "kvasi-extremalt primordialt svart hål", exploderar.  Sedan, 2023, fångades under  ett experiment kallat KM3NeT Collaboration den omöjliga neutrinon – precis den typ av bevis som UMass Amherst-teamet hade en hypotes om att vi snart skulle få se.

Men det fanns ett problem: Ett liknande experiment, kallat IceCube också det uppsatt för att fånga högenergikosmiska neutrinor, registrerade inte bara händelsen utan det hade aldrig registrerat något med ens en hundradel av denna  kraft. Om universum är relativt rikt av PBH och de exploderar ofta, borde vi då inte bli överösa med högenergirika neutrinor? Vad kan förklara avvikelsen?

"Vi tror att PBH (svarta hål som enligt en hypotes uppstod i universums barndom när materien var mycket tät) med en 'mörk laddning' det som kallas kvasi-extremala PBH:er är den saknade länken," beskriver Joaquim Iguaz Juan, postdoktoral forskare i fysik vid UMass Amherst och en av artikelns medförfattare. Den mörka laddningen är i princip en kopia av den vanliga elektriska kraften som vi känner den, men som inkluderar en mycket tung, i teorin version av elektronen som teamet kallar en "mörk elektron."

"Det finns andra, enklare modeller av PBH där ute," beskriver Michael Baker, medförfattare och biträdande professor i fysik vid UMass Amherst; "Vår mörkerladdningsmodell är mer komplex, vilket betyder att den kan ge en mer exakt verklighetsmodell. Det som är så intressant är att se att vår modell kan förklara detta annars oförklarliga fenomen."

"En PBH med mörk laddning," tillägger Thamm, "har unika egenskaper och beter sig på sätt som skiljer sig från andra, enklare PBH-modeller. Vi har visat att detta kan ge en förklaring till all den till synes inkonsekventa experimentella datan."

Teamet är övertygat om att deras mörkladdningsmodell PBH inte bara kan förklara neutrino utan också kan besvara mysteriet med mörk materia. "Observationer av galaxer och den kosmiska mikrovågsbakgrunden tyder på att någon form av mörk materia existerar," beskriver Baker.

"Om vår teori om mörka laddningar är sann," tillägger Iguaz Juan, "tror vi att det kan finnas en betydande population av PBH, vilket skulle stämma överens med andra astrofysiska observationer och förklara all saknad mörk materia i universum."

"Att observera denna högenergi-neutrinon var en otrolig händelse," avslutar Baker. "Det gav oss ett nytt fönster mot universum. Men vi kan nu vara på tröskeln till experimentell verifiering

Hawking strålning kan visa både urtida svarta hål och nya partiklar bortom Standardmodellen, och förklara mysteriet med mörk materia."

En rapport av händelsen är  publicerad av Physical Review Letters  där teamet beskriver inte bara den annars omöjliga neutrinon utan visar även  hur elementarpartikeln kan avslöja universums fundamentala natur.

Röda jättestjärnor ses sällan explodera men de gör detta utan insyn för oss

 

Bild https://news.northwestern.edu/ Med hjälp av NASA:s James Webb Space Telescope har ett internationellt team fångat den mest detaljerade glimten hittills av en dödsdömd stjärna – markerad i rutan ovan – innan den exploderade. Upptäckten kan bidra till att lösa det flera decennier gamla mysteriet om varför massiva röda superjättar sällan exploderar. Bildkredit: NASA, ESA, CSA, STScI, Charles Kilpatrick, Aswin Suresh

Ett team av astronomer under ledning från Northwestern University har fångat den mest detaljerade bilden hittills av en dödsdömd stjärna innan den exploderade.

Med hjälp av NASA:s James Webb Space Telescope (JWST) har ett internationellt forskarlag för första gången identifierat en supernovas ursprungsstjärna eller föregångare, i mellanvågigt infrarött ljus. Dessa observationer i kombination med arkivbilder från rymdteleskopet Hubble – avslöjade en explosionen  från en massiv röd superjättestjärna, insvept i ett oväntat hölje av stoft. 

Astronomer har länge antagit att de tyngsta åldrande stjärnorna också kan vara de dammigaste. Dessa tjocka mantlar av stoft kan fördunkla stjärnornas ljus till den grad att de är helt omöjliga att upptäcka. De nya JWST-observationerna stöder hypotesen.

Upptäckten kan bidra till att lösa det flera decennier gamla mysteriet om varför massiva röda superjättar sällan exploderar. När allt kommer omkring förutspår teoretiska modeller att röda superjättar borde utgöra majoriteten av supernovor som kollapsar i kärnan. Den nya studien visar att dessa stjärnor exploderar, men att de helt enkelt är döljs och blir utom synhåll i tjocka moln av stoft. Först med JWST:s  kapacitet kan astronomer äntligen tränga igenom stoftet och har nu upptäckt dessa fenomen vilket överbryggar klyftan mellan teori och observation.

"I flera decennier har vi försökt bestämma exakt hur explosioner av röda superjättestjärnor ser ut", beskriver Charlie Kilpatrick vid Northwestern, som ledde studien.

– Det är först nu, med JWST som vi äntligen har den kvalitet på insamlad data genom observationer i infrarött ljus som gör att vi kan säga exakt vilken typ av röd superjätte som exploderade och hur dess omedelbara omgivning såg ut. Vi har väntat på att detta skulle hända att en supernova skulle explodera i en galax som JWST  hade observerat och som fanns i dennas insamlade data. Vi kombinerade då Hubbleteleskopets insamling av data med JWST-data för att helt karakterisera den här stjärnan för första gången beskriver Kilpatrick.

Studien är publicerad i The Astrophysical Journal Letters. Det är första gången som JWST har upptäckt en supernova.