Сверхмассивные черные дыры в сердцах галактик могут быть самыми мощными в мире природными ускорителями частиц, превосходящими все возможности Большого адронного коллайдера (БАК). К такому выводу пришли ученые Университета Джона Хопкинса в новом исследовании, опубликованном в журнале Physical Review Letters.
«Теория о возможности такого ускорения частиц черными дырами существовала около десяти лет. Но наше исследование пытается ее подтвердить, находя реальные космические сценарии», — объясняет соавтор работы, теоретический физик из Оксфорда Эндрю Маммери.
Это открытие чрезвычайно важно, особенно на фоне сокращений научного сектора в США и отложения строительства следующих поколений сверхмощных коллайдеров на Земле из-за финансового кризиса, которые могут стоить десятки миллиардов долларов и десятилетия ожидания.
Как превратить черную дыру в ускоритель заряженных частиц
Суть открытия заключается в следующем: некоторые сверхмассивные черные дыры вращаются с невероятной скоростью, выбрасывая мощные струи плазмы. Моделирование показало, что у края этих «монстров» бурные потоки газа заставляют частицы хаотично сталкиваться с колоссальной энергией — подобно тому, что происходит в земных коллайдерах, но в гораздо большем масштабе.
«Частицы из этих столкновений, имеющие достаточную энергию и импульс, могут высвобождаться с чрезвычайно высокими энергиями — выше, чем мы можем достичь на Большом адронном коллайдере», — отмечает Силк.
Это открывает принципиально новый путь для поиска и изучения самых загадочных частиц во Вселенной, в частности темной материи, на которую приходится около 85 % массы космоса, но которую никак не удается обнаружить в земных экспериментах.
«Но пока мы инвестируем 30 млд долларов и ждем 40 лет на создание коллайдеров нового поколения, черные дыры уже могут дать нам ответы об образовании элементарных частиц высоких энергий», — считает Маммери.
Поиск неуловимых частиц
Обнаружение этих сверхэнергетических космических частиц, рожденных возле черных дыр, — реальная задача для современных обсерваторий. Такие установки, как IceCube в Антарктиде или телескоп KM3NeT под Средиземным морем, специализируются на обнаружении нейтрино — самых неуловимых частиц. Недавнее рекордное обнаружение высокоэнергетического нейтрино KM3NeT как раз показывает потенциал таких исследований.
Теперь, имея модель образования частиц вокруг черных дыр, ученые планируют сосредоточиться на том, чтобы понять природу этих частиц. Использование черных дыр в качестве космических лабораторий может стать мощным и экономически эффективным дополнением к традиционным методам физики высоких энергий, прокладывая новый путь к разгадке самых глубоких тайн Вселенной, прежде всего темной материи.
Ранее мы объясняли, как рождаются высокоэнергетические частицы во Вселенной.
По материалам livescience.com
