Новый взгляд на черные дыры предлагает революционную идею: возможно, нам не нужно тратить десятки миллиардов долларов и ждать десятилетиями, чтобы построить коллайдер следующего поколения. К такому выводу пришли физики из Университета Джонса Хопкинса (США) и Оксфордского университета, опубликовавшие исследование в Physical Review Letters. Они предполагают, что вращающиеся черные дыры могут разгонять частицы до экстремальных энергий, сравнимых или даже превышающих возможности Большого адронного коллайдера (БАК) — крупнейшего на сегодня научного ускорителя, расположенного в Европе.
Проблема коллайдеров
Коллайдеры, как БАК, сталкивают частицы (чаще всего протоны) почти на скорости света, чтобы заглянуть в самые глубинные уровни материи и попытаться найти ответы на фундаментальные вопросы: из чего состоит Вселенная? Какова природа темной материи, составляющей 85% всей массы?
Но такие установки очень дороги: планируемый суперколлайдер нового поколения оценивается в 30 миллиардов долларов и может потребовать 40 лет на строительство. При этом пока даже БАК не дал прямых доказательств существования частиц темной материи. Также есть риск в потенциальных угрозах, связанных с экстремальными процессами, которые они могут генерировать
«Природа может дать представление о будущем — в виде сверхмассивных черных дыр», — говорит астрофизик Джозеф Силк, соавтор работы и исследователь сразу трех институтов: Джонса Хопкинса, Оксфорда и Института астрофизики в Париже.
Как черные дыры могут ускорять частицы?
Некоторые сверхмассивные черные дыры вращаются с огромной скоростью. При этом они выбрасывают в космос струи раскаленной плазмы — потоки ионизированных частиц, движущихся с почти световой скоростью. На краю этих черных дыр газы закручиваются в экстремально турбулентных потоках, и в этом хаосе частицы сталкиваются с такой энергией, что процессы напоминают те, что происходят в земных коллайдерах.
Физик Эндрю Маммери из Оксфорда, соавтор статьи, объясняет: «Некоторые частицы падают в черную дыру и исчезают, но те, что вырываются наружу, ускоряются до беспрецедентных энергий».
Как мы можем это измерить?
Выброшенные из черных дыр частицы мчатся сквозь космос и могут достигать Земли. Современные обсерватории, такие как IceCube на Южном полюсе, KM3NeT на дне Средиземного моря или Baikal-GVD (Байкальский подводный нейтринный телескоп), уже фиксируют подобные явления. Они охотятся на нейтрино — почти неуловимые и почти не взаимодействующие с материей частицы, которые могут служить косвенным доказательством происходящего на краях черных дыр.
В начале 2025 года исследователи KM3NeT заявили об обнаружении самого энергичного нейтрино за всю историю наблюдений — и это может быть именно такой «привет» от черной дыры.
Что в этом такого важного?
Понимание этих процессов может дать ключ к главной загадке современной физики — природе темной материи. Это бы означало, что космос сам генерирует нужные нам эксперименты — нужно только научиться их «считывать».
А главное: если теории Маммери и Силка подтвердятся, человечество может получить альтернативный путь изучения элементарных частиц без многомиллиардных проектов и десятилетий ожидания.
«Вместо того чтобы строить суперколлайдер, мы можем просто наблюдать за черными дырами и улучшать телескопы», — говорит Силк.