Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик способны разгонять частицы до таких энергий, которых не может достичь даже самый мощный искусственный ускоритель на Земле — Большой адронный коллайдер (БАК). К такому выводу пришли ученые Университета Джона Хопкинса в новом исследовании, опубликованном в Physical Review Letters.
«Теория о том, что черные дыры могут ускорять частицы, существует уже около десяти лет. Но мы впервые показали, как это может происходить в реальных космических условиях», — поясняет один из авторов работы, теоретик из Оксфордского университета Эндрю Маммери.
Космический коллайдер масштаба Вселенной
Как показали расчёты, некоторые черные дыры вращаются с огромной скоростью и выбрасывают струи плазмы. При этом на их границе возникают мощнейшие потоки газа, в которых частицы сталкиваются с колоссальной энергией — по сути, как в земных коллайдерах, но в гораздо более грандиозном масштабе.
«Если частица получает достаточную энергию и импульс, она может вырваться из гравитационного плена черной дыры — при этом её энергия может быть значительно выше, чем та, что мы можем получить на БАК», — объясняет астрофизик Джозеф Силк.
Природная альтернатива дорогостоящим экспериментам
Открытие особенно актуально на фоне сокращения финансирования науки в США и отсрочек в строительстве новых наземных ускорителей, которые могут стоить десятки миллиардов долларов и потребовать десятилетий. Использование черных дыр как «природных лабораторий» становится не только научно перспективным, но и экономически разумным.
«Пока мы инвестируем 30 миллиардов долларов и ждём 40 лет, чтобы построить следующий коллайдер, черные дыры уже могут давать нам ответы на фундаментальные вопросы физики», — отмечает Маммери.
Шанс раскрыть тайну тёмной материи
Одной из главных целей таких исследований остаётся поиск частиц тёмной материи — загадочной формы вещества, на долю которой приходится около 85 % массы Вселенной, но которая до сих пор не обнаружена в лабораторных экспериментах.
Современные обсерватории, такие как IceCube в Антарктиде и KM3NeT в Средиземном море, уже занимаются поиском сверхэнергетических нейтрино — одних из самых неуловимых частиц во Вселенной. Недавнее рекордное обнаружение такого нейтрино даёт надежду на прогресс в этой области.
Теперь, обладая моделью образования частиц вокруг черных дыр, учёные смогут точнее понимать природу этих частиц и использовать черные дыры как уникальные инструменты для исследования самых глубоких тайн космоса.