Космические пушки: как чёрные дыры разгоняют частицы до немыслимых скоростей ✎ экспресс

Оригинал: "High-Synchrotron-Peaked BL Lacs as Multi-Messenger Sources: Connecting Ultra-High-Energy Cosmic Rays and Neutrinos"
arXiv:2606.00816 · 2026-05-30 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Некоторые активные ядра галактик работают как природные ускорители, способные придать частицам энергию в миллионы раз большую, чем Большой адронный коллайдер.

📄 Показана версия «Просто» — «Подробно» пока не готова. Добавьте ★ в избранное, если хотите её ускорить.

Камень падает в пруд, и по воде расходятся круги. Так и свет от далёких галактик расходится во все стороны — спокойно и размеренно. Но в центре некоторых галактик прячется не камень, а настоящая пушка: она выстреливает частицами с чудовищной силой. Астрономы называют такие объекты HSP BL Lac. Это активные ядра галактик, где сверхмассивная чёрная дыра закручивает вещество в диск и выбрасывает узкие струи плазмы, направленные почти прямо на нас.

В этих струях частицы разгоняются так, что их энергия в миллионы раз превышает энергию покоя. Электроны крутятся в магнитном поле и испускают свет. Частота этого свечения выдаёт их бешеную энергию — пик приходится на ультрафиолет и рентген (частота выше 10 в 15-й степени герц). Будто обычная лампочка вдруг засияла в миллион раз ярче и перешла на невидимые глазу лучи. Именно такие объекты — главные подозреваемые в производстве космических лучей сверхвысоких энергий и нейтрино с энергией выше сотен тераэлектронвольт.

В 2017 году нейтринная обсерватория IceCube поймала частицу, прилетевшую от блазара TXS 0506+056, который в тот момент вспыхивал в гамма-диапазоне. Это стало первым прямым указанием на связь блазаров и нейтрино.

Но простота здесь только кажущаяся. Чтобы родить космические лучи с энергией больше 10 в 19-й степени электронвольт (это как удар теннисного мяча, сжатый в одну субатомную частицу), струи должны нести колоссальную энергию. Причём в форме тяжёлых частиц, а не только лёгких электронов. Расчёты показывают: на это ушло бы слишком много «топлива». Энергетический бюджет таких объектов трещит по швам. Вдобавок обсерватория Пьера Оже видит в составе лучей больше тяжёлых ядер, чем протонов, а направления прихода почти равномерно распределены по небу. Это плохо согласуется с редкими «пушками», бьющими узким лучом. Возможно, разгадка в магнитных полях, которые запутывают траектории. Или в том, что струи «дышат» — то сужаются, то расширяются, меняя прицел.

Каталоги 2WHSP и 3HSP, составленные по инфракрасным данным телескопа WISE, насчитывают около 2000 таких объектов. Это перепись всех маяков, чей луч может иногда попадать в нашу сторону.

Новые инструменты — IceCube-Gen2, KM3NeT, массив черенковских телескопов CTAO, рентгеновский поляриметр IXPE и модернизированные детекторы космических лучей — позволят замерить ключевые параметры. Откуда приходят нейтрино? Как поляризован свет вспышек? Из чего именно состоят лучи предельных энергий? Ответы покажут, действительно ли эти космические пушки — главные ускорители Вселенной. Или титул достанется другому классу объектов. И тогда круги на воде от далёких галактик расскажут нам куда больше, чем сегодня.

Энергия одного протона сверхвысоких энергий примерно равна кинетической энергии летящего комара, но сжата в объём в триллионы раз меньше атомного ядра.

В романе «Контакт» Карла Сагана сигнал инопланетян приходит от звезды Вега, но по сюжету он модулирован нейтринным потоком — как раз теми частицами, которые сегодня ловят от блазаров.

\nu_{\rm peak} > 10^{15}\,{\rm Hz}
Пиковая частота синхротронного излучения электронов в струе блазара, указывающая на их релятивистские энергии.
Учёные
Jacob BekensteinStephen HawkingFritz ZwickyBernhard RiemannJoseph WeberKarl Schwarzschild
Понятия
синхротрон источник синхротронного излучения космический ускоритель источник космических лучей сверхвысоких энергий нейтрино высокой энергии блазар большой адронный коллайдер гексагональный нитрид бора ускоритель частиц нейтринный телескоп ЦЕРН IceCube атмосферы горячих юпитеров NICER нустар