Надмасивні чорні діри в серцях галактик можуть бути найпотужнішими у світі природними прискорювачами частинок, які перевершують усі можливості Великого адронного колайдера (ВАК). Такого висновку дійшли вчені Університету Джона Гопкінса у новому дослідженні, опублікованому в журналі Physical Review Letters.
«Теорія про можливість такого прискорення частинок чорними дірами існувала близько десяти років. Але наше дослідження намагається її підтвердити, знаходячи реальні космічні сценарії», — пояснює співавтор роботи, теоретичний фізик з Оксфорду Ендрю Маммері.
Це відкриття надзвичайно важливе, особливо на тлі скорочень наукового сектору у США та відкладення будівництва наступних поколінь надпотужних колайдерів на Землі через фінансову кризу, які можуть коштувати десятки мільярдів доларів та десятиліття очікування.
Як перетворити чорну діру на прискорювач заряджених частинок
Суть відкриття в тому, що деякі надмасивні чорні діри обертаються з неймовірною швидкістю, викидаючи потужні струмені плазми. Моделювання показало, що біля краю цих «монстрів» бурхливі потоки газу змушують частки хаотично зіштовхуватися з колосальною енергією — подібно до того, що відбувається в земних колайдерах, але в набагато більшому масштабі.
«Частинки із цих зіткнень, що мають достатню енергію та імпульс, можуть вивільнятися з надзвичайно високими енергіями — вищими, ніж ми можемо досягти на Великому адронному колайдері», — зазначає Сілк.
Це відкриває принципово новий шлях для пошуку та вивчення найтаємничіших частинок у Всесвіті, зокрема темної матерії, на яку припадає близько 85 % маси космосу, але яку ніяк не вдається виявити в земних експериментах.
«Але поки ми інвестуємо 30 млрд доларів та чекаємо 40 років на створення колайдерів нового покоління, чорні діри вже можуть дати нам відповіді про утворення елементарних частинок високих енергій», — вважає Маммері.
Пошук невловимих частинок
Виявлення цих наденергетичних космічних часток, народжених біля чорних дір, — реальне завдання для сучасних обсерваторій. Такі установки, як IceCube в Антарктиді чи телескоп KM3NeT під Середземним морем, спеціалізуються на виявленні нейтрино — найневловиміших частинок. Нещодавнє рекордне виявлення високоенергетичного нейтрино KM3NeT якраз показує потенціал таких досліджень.
Тепер, маючи модель утворення частинок навколо чорних дір, науковці планують зосередитися на тому, щоб зрозуміти природу цих частинок. Використання чорних дір як космічних лабораторій може стати потужним і економічно ефективним доповненням до традиційних методів фізики високих енергій, прокладаючи новий шлях до розгадки найглибших таємниць Всесвіту, насамперед темної матерії.
Раніше ми пояснювали, як народжуються високоенергетичні частинки у Всесвіті.
За матеріалами livescience.com
