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.

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.

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