En el centro de una galaxia lejana, donde gira un agujero negro supermasivo con una masa de cien millones de soles, el espacio está atravesado por campos magnéticos. Están enrollados en torbellinos apretados, como un embudo en una concha, solo que en lugar de agua hay plasma acelerado a velocidades cercanas a la de la luz. Es aquí, en las ondas de choque, donde nacen partículas con energías inaccesibles para cualquier acelerador terrestre.
El mecanismo responsable de esto se llama aceleración de Fermi de primer orden. La partícula, como una pelota entre dos raquetas que se acercan, rebota repetidamente en las inhomogeneidades magnéticas en movimiento y gana energía. Pero también hay frenos: la radiación de sincrotrón (cuando la partícula gira alrededor de una línea magnética y pierde energía en forma de luz) y la dispersión Compton inversa (colisión con fotones que le roban velocidad).
A los electrones les ha tocado peor: son más ligeros y pierden energía más rápido, por lo que su techo es de unos 120 gigaelectronvoltios. Estas cifras se obtienen para un agujero negro típico de cien millones de masas solares. Así construye la naturaleza su propio acelerador, y apenas empezamos a entender sus planos.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2607.20209
The aim of this work is to investigate particle acceleration by shock waves in the magnetospheres of supermassive black holes, where the magnetic field is vortex-driven. For this purpose, we investigated the first-order Fermi acceleration process at relativistic shocks in the magnetospheres of supermassive black holes. In our analysis, we considered synchrotron radiation and inverse Compton scattering as the principal energy-loss mechanisms limiting the maximum attainable particle energy. We investigated the acceleration of both protons and electrons and demonstrated that, for a typical supermassive black hole with a mass of $$10^8$$ solar masses, protons can be accelerated to energies of several hundred PeV, whereas electrons can attain energies of up to approximately 120 GeV.
Una energía de varios cientos de petaelectronvoltios es comparable a la energía de un mosquito en vuelo, pero concentrada en una sola partícula subatómica: el protón.
En la novela «Contacto» de Carl Sagan, la señal extraterrestre llega precisamente desde las cercanías de un agujero negro supermasivo; quizás allí se escondan los aceleradores naturales.