Чёрная дыра как лаборатория: там Вселенная сама запускает эксперименты без разрешения людей

Сверхмассивные чёрные дыры могут выполнять роль природных ускорителей частиц с энергиями, недостижимыми на Земле. Новое исследование показывает, что такие объекты способны воспроизводить эффекты суперколлайдеров и, возможно, приблизить учёных к обнаружению тёмной материи. Это открывает неожиданный космический путь к фундаментальным открытиям, дополняя представления о том, как ведут себя сверхмассивные чёрные дыры. Об этом сообщает sciencedaily.

Фото: Designed by Freepik, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Черная дыра

Чёрные дыры как альтернатива земным коллайдерам

Поиск тёмной материи десятилетиями остаётся одной из главных задач физики. Огромные установки вроде Большого адронного коллайдера требуют миллиардных вложений и лет строительства, а ожидаемые частицы пока так и не были зафиксированы. На фоне сокращения научного финансирования исследователи всё чаще смотрят в сторону космоса.

Согласно новой работе, опубликованной в Physical Review Letters, сверхмассивные чёрные дыры в центрах галактик могут естественным образом создавать условия, сравнимые с работой самых мощных ускорителей частиц. Их экстремальная гравитация, быстрое вращение и сильные магнитные поля формируют среды, где частицы сталкиваются с колоссальными энергиями.

Как возникают космические "столкновения"

Вращающаяся чёрная дыра взаимодействует с окружающим её аккреционным диском — потоками газа и пыли. Новое исследование показывает, что такие газовые потоки способны забирать энергию вращения объекта и разгоняться до экстремальных скоростей. Вблизи горизонта событий частицы начинают хаотично сталкиваться друг с другом, что согласуется с тем, как влияет на пространство само вращение чёрной дыры.

По механизму это напоминает работу ускорителей, где магнитные поля разгоняют протоны почти до скорости света, а затем сталкивают их. Разница лишь в масштабе: вблизи чёрной дыры энергии могут превышать возможности любых искусственных установок.

Что происходит с частицами

Часть продуктов таких столкновений безвозвратно поглощается чёрной дырой. Однако некоторые частицы, обладая огромным импульсом, вырываются наружу и отправляются в межгалактическое пространство. Именно они могут стать сигналом для земных детекторов.

"Если сверхмассивные чёрные дыры генерируют эти частицы, мы можем зарегистрировать их на Земле", — отметил Джозеф Силк.

Сравнение: земной суперколлайдер и чёрная дыра

Искусственные коллайдеры позволяют точно контролировать параметры эксперимента, но ограничены технологическими пределами. Чёрные дыры, напротив, находятся далеко и неподконтрольны, однако способны разгонять частицы до гораздо более высоких энергий. В результате космические источники могут дополнять наземные эксперименты, расширяя диапазон наблюдаемых явлений.

Плюсы и минусы космического подхода

Использование чёрных дыр как "естественных коллайдеров" не требует строительства новых установок и миллиардных затрат. При этом учёные зависят от редких космических событий и сложной интерпретации сигналов. Тем не менее такие наблюдения могут дать уникальные данные о фундаментальной природе материи.

Популярные вопросы о чёрных дырах и тёмной материи

Могут ли чёрные дыры полностью заменить коллайдеры?
Нет, но они способны дополнить земные эксперименты и дать доступ к экстремальным энергиям.

Какие частицы можно обнаружить таким способом?
Потенциально — нейтрино и другие экзотические частицы, включая кандидатов на тёмную материю.

Как фиксируются такие сигналы на Земле?
С помощью крупных детекторов, отслеживающих высокоэнергетические частицы из космоса.