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).
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.
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.