Les trous noirs accélèrent les rayons cosmiques et produisent un rayonnement de haute énergie par le biais de jets et d'éruptions.Les trous noirs ne sont pas de simples aspirateurs cosmiques ; ce sont aussi de puissants accélérateurs de particules. Lorsque la matière tombe vers un trou noir, elle forme un disque d'accrétion chauffé à des millions de degrés, et les champs magnétiques intenses de la région peuvent accélérer des particules chargées à des énergies bien supérieures à celles que peut atteindre tout collisionneur de particules sur Terre. Ces particules, principalement des protons et des électrons, sont ensuite éjectées dans des jets relativistes qui s'étendent sur des milliers d'années-lumière, agissant comme des usines à rayons cosmiques.
L'idée que les trous noirs puissent accélérer des particules a été proposée dans les années 1970 par Roger Blandford et Roman Znajek, qui ont développé un modèle pour extraire l'énergie rotationnelle d'un trou noir via les champs magnétiques. Cela reste une pierre angulaire de l'astrophysique des hautes énergies.
L'accélération se produit par un processus appelé accélération de Fermi, où les particules traversent à plusieurs reprises les fronts de choc dans le jet ou le disque d'accrétion, gagnant de l'énergie à chaque traversée. De plus, des événements de reconnexion magnétique près de l'horizon des événements du trou noir peuvent convertir directement l'énergie magnétique en énergie cinétique des particules. Les particules de haute énergie qui en résultent émettent un rayonnement synchrotron et une diffusion Compton inverse, produisant des rayons X et des rayons gamma que nous observons depuis la Terre.
Comprendre l'accélération des particules par les trous noirs aide les astrophysiciens à interpréter les observations des noyaux actifs de galaxies et des sursauts gamma, et éclaire également les modèles d'origine des rayons cosmiques, ce qui a des implications pour le blindage contre les radiations spatiales pour les astronautes.
Les rayons cosmiques les plus énergétiques jamais détectés, avec des énergies supérieures à 10^20 électronvolts, sont censés provenir des jets de trous noirs, concentrant l'impact d'une balle de baseball lancée à 100 km/h dans une seule particule subatomique.
| ω | variable | frequency of the wave — fréquence angulaire radian per second |
| m | variable | azimuthal quantum number — azimuthal quantum number |
| Ω_H | variable | angular velocity of the black hole horizon — vitesse angulaire radian per second |
| Re | opérateur | extracts the real component of a complex quantity — real part |
