Космический ускоритель: как чёрная дыра разгоняет частицы экспресс

Оригинал: "Shock acceleration in vortex driven magnetic fields of black holes"
· Zaza N. Osmanov
arXiv:2607.20209 · 2026-07-22 · CC BY 4.0 · 1 мин
В магнитных вихрях сверхмассивных чёрных дыр протоны разгоняются до энергий, в сотни раз превышающих возможности земных ускорителей.

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

В центре далёкой галактики, где вращается сверхмассивная чёрная дыра массой в сто миллионов солнц, пространство пронизано магнитными полями. Они закручены в тугие вихри — словно воронка в раковине, только вместо воды там плазма, разогнанная до околосветовых скоростей. Именно здесь, на ударных волнах, рождаются частицы с энергией, недоступной ни одному земному ускорителю.

Механизм, который за это отвечает, называется ускорением Ферми первого порядка. Частица, словно мячик между двумя сближающимися ракетками, многократно отражается от движущихся магнитных неоднородностей и набирает энергию. Но есть и тормоза: синхротронное излучение (когда частица крутится вокруг магнитной линии и теряет энергию на свет) и обратное комптоновское рассеяние (столкновение с фотонами, отнимающее скорость).

Протоны в таких условиях разгоняются до нескольких сотен петаэлектронвольт — это в десятки раз больше, чем самый мощный пучок на Большом адронном коллайдере.

Электронам повезло меньше: они легче и быстрее теряют энергию, поэтому их потолок — около 120 гигаэлектронвольт. Эти цифры получены для типичной чёрной дыры в сто миллионов солнечных масс. Так природа строит свой собственный ускоритель, и мы только начинаем понимать его чертежи.

Оригинальная аннотация

как её написали авторы, на английском 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.

Энергия в несколько сотен петаэлектронвольт сравнима с энергией летящего комара, но сосредоточена она в одной субатомной частице — протоне.

В романе «Контакт» Карла Сагана инопланетный сигнал приходит именно из окрестностей сверхмассивной чёрной дыры — возможно, там и прячутся природные ускорители.

Учёные
Enrico FermiRoger PenroseStephen HawkingJacob BekensteinFritz ZwickyKarl Schwarzschild
Понятия
ускорение частиц чёрной дырой ускорение ферми ветер чёрной дыры процесс Пенроуза ускоритель частиц усиление волн магнитный вихрь напряжённость магнитного поля сверхбыстрый отток релятивистские джеты сильное гравитационное поле магниторотационная сверхновая ветер аккреционного диска альфвеновская волна механизм излучения Хокинга спиновый параметр вспышка энергия столкновения скорость вращения мэв