La luce e le particelle più energetiche dell'Universo rappresentano da sempre un mistero: non sappiamo da dove provengano. Certo, possiamo rintracciarne alcuni, ma c'è più radiazione gamma e neutrini che fluiscono attraverso l'Universo di quanto possiamo spiegare, ma gli astronomi hanno appena trovato una spiegazione per alcuni di loro: buchi neri quasi dormienti, o silenziosi.
Questo, dicono, potrebbe spiegare l'eccesso di raggi gamma "soft" nell'Universo senza fare affidamento su elettroni freddi (non termici) – che è sempre stata una spiegazione problematica, perché gli elettroni si termalizzano su scale temporali ritenute troppo brevi per generare particelle ad alta energia.
I raggi gamma e i neutrini non sono esattamente rari. La radiazione gamma è la forma di luce più energetica nell'Universo ed è stata rilevata a energie straordinariamente elevate – la gamma teraelectronvolt. I neutrini, o particelle fantasma, sono quasi particelle senza massa che fluiscono attraverso l'Universo, interagendo a malapena con qualcosa. Anche quelli rilevati ad alte energie.
Per ottenere queste energie, i fotoni e le particelle al loro interno richiedono la presenza di un acceleratore cosmico. Questi dovrebbero essere oggetti ad alta energia, come i resti di supernova o un buco nero che divora attivamente materiale. Ma anche una volta tenute in conto queste fonti ad alta energia, ci rimane ancora un eccesso di raggi gamma a livelli energetici più bassi, così come un eccesso di neutrini, che è difficile da spiegare.
Secondo un team di ricercatori guidato dall'astronomo Shigeo Kimura della Tohoku University in Giappone, l'eccesso potrebbe provenire da una fonte inaspettata: i buchi neri supermassicci che sono quasi, ma non del tutto, dormienti – ma non sono nemmeno del tutto attivi.
Quando un buco nero supermassiccio è attivo, è circondato da un immenso disco di polvere e gas che viene lentamente dirottato sul buco nero. Le immense forze in gioco nello spazio intorno al buco nero riscaldano il materiale nel disco in modo che divampi su una gamma di lunghezze d'onda elettromagnetiche, compresa la radiazione gamma.
Inoltre, parte del materiale viene dirottato intorno all'esterno del buco nero lungo le sue linee di campo magnetico, che fungono da acceleratore, verso i poli, dove viene lanciato nello spazio a una percentuale significativa della velocità della luce.
Si pensa che ogni galassia abbia un buco nero supermassiccio nel suo centro, ma non tutte sono attivi. Secondo Kimura e il suo team, l'eccesso di raggi gamma nello spettro di energia più basso – megaelettronvolt piuttosto che giga o teraelettronvolt – potrebbe essere prodotto da buchi neri supermassicci che si stanno accumulando a un livello così basso da essere molto più deboli per i nostri telescopi qui sulla Terra.
Il team ha eseguito calcoli e ha capito come avrebbe funzionato. Anche se c'è meno materiale che turbina intorno a questi buchi neri non attivi, ce n'è ancora abbastanza e a temperature elevate. Questo plasma caldo potrebbe arrivare fino a miliardi di gradi Celsius – abbastanza caldo da generare radiazioni gamma nello spettro megaelectronvolt, o quelli che chiamiamo raggi gamma "soft".
All'interno di questo plasma, i protoni possono essere accelerati ad alta velocità. Quando questi protoni ad alta energia interagiscono con la radiazione e la materia, possono generare neutrini, spiegando così anche l'eccesso di neutrini. E ci sono abbastanza di questi buchi neri supermassicci silenziosi nell'Universo per spiegare almeno una parte significativa di questi segnali in eccesso.