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.
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.