Тёмная материя ближе, чем мы думали: чёрные дыры раскрывают секреты

Сокращение государственного финансирования научных проектов вынуждает исследователей искать новые пути для изучения тайн Вселенной.

Фото: Freepik by stockgiu

Чёрная дыра

В условиях, когда многомиллиардные расходы на строительство гигантских ускорителей частиц становятся всё более проблематичными, учёные обратили внимание на сверхмассивные чёрные дыры.

Новое исследование, проведённое в одном из ведущих университетов США, предполагает, что эти космические объекты могут стать естественной и экономичной альтернативой дорогостоящим установкам, таким как Большой адронный коллайдер, для поиска тёмной материи и других загадочных частиц, которые помогут раскрыть фундаментальные секреты мироздания.

Результаты этого исследования, опубликованные в одном из престижных научных журналов, могут кардинально изменить подход к изучению физики высоких энергий. Учёные отметили, что такие масштабные проекты, как Большой адронный коллайдер — крупнейший в мире ускоритель частиц, — требуют десятилетий строительства и огромных финансовых вложений.

Однако пока человечество ждёт создания ещё более мощного суперколлайдера, природа уже предоставляет уникальные возможности в виде чёрных дыр, которые способны генерировать энергии, недостижимые в земных условиях.

Исследователи пояснили, что коллайдеры частиц работают, сталкивая субатомные частицы, такие как протоны, на скоростях, близких к световой, чтобы изучить мельчайшие составляющие материи. Эти столкновения могут выявить новые частицы, включая возможных кандидатов на роль тёмной материи — невидимого вещества, которое играет ключевую роль во Вселенной, но до сих пор остаётся необнаруженным. Однако, несмотря на успехи, такие как вклад в развитие интернета, медицины и вычислительных технологий, коллайдеры пока не смогли предоставить доказательств существования тёмной материи.

В отличие от искусственных установок, сверхмассивные чёрные дыры, расположенные в центрах галактик, обладают колоссальной энергией, связанной с их вращением и гравитацией. Учёные установили, что некоторые из этих объектов испускают мощные потоки плазмы, которые, вероятно, подпитываются энергией вращения и окружающих их аккреционных дисков. Новые данные показывают, что такие явления могут воспроизводить процессы, аналогичные тем, что происходят в суперколлайдерах, но без необходимости в многомиллиардных вложениях.

Исследователи предположили, что если чёрные дыры действительно способны генерировать частицы в результате столкновений высокоэнергетических протонов, то на Земле можно будет зафиксировать сигналы в виде частиц с экстремально высокой энергией, проходящих через детекторы.

Это могло бы стать доказательством существования природного коллайдера внутри самых загадочных объектов Вселенной, способного достигать энергий, недоступных для земных технологий. Учёные добавили, что такие сигналы могли бы указывать на присутствие тёмной материи, хотя это пока остаётся лишь гипотезой.

Учёные объяснили, что газовые потоки, устремляющиеся к чёрной дыре, могут поглощать энергию её вращения, становясь значительно более интенсивными, чем считалось ранее. Вблизи быстро вращающихся чёрных дыр частицы могут сталкиваться хаотично, создавая процессы, схожие с теми, что происходят в искусственных ускорителях. Некоторые из этих частиц поглощаются чёрной дырой, исчезая навсегда, но другие, благодаря своей энергии и импульсу, выбрасываются наружу, достигая беспрецедентных уровней энергии.

Исследователи отметили, что такие пучки частиц могут быть столь же мощными, как в планируемом суперколлайдере, а возможно, даже превосходить его.

Для обнаружения этих высокоэнергетических частиц учёные предложили использовать уже существующие обсерватории, которые отслеживают космические явления, такие как сверхновые или взрывы чёрных дыр.

Среди таких инструментов — нейтринная обсерватория IceCube на Южном полюсе и нейтринный телескоп "Километровый куб" в Средиземном море, который недавно зафиксировал самое энергичное нейтрино в истории наблюдений. Учёные подчеркнули, что, хотя чёрные дыры находятся на огромном расстоянии от Земли, частицы, генерируемые ими, всё равно могут достигать наших детекторов.

Исследователи выразили мнение, что использование чёрных дыр как природных ускорителей может стать революционным шагом в физике, особенно в условиях сокращения финансирования крупных научных проектов. Этот подход не только экономичен, но и позволяет изучать явления, которые невозможно воспроизвести на Земле. Однако они также отметили, что для подтверждения этой гипотезы потребуется дальнейшая работа, включая разработку новых методов анализа данных и улучшение чувствительности детекторов.

Это исследование открывает новые горизонты в изучении Вселенной, показывая, что природа может предоставить инструменты, превосходящие самые амбициозные человеческие технологии. Учёные надеются, что их работа вдохновит на новые подходы к поиску тёмной материи и других неуловимых частиц, которые помогут человечеству приблизиться к разгадке самых глубоких тайн мироздания.

Уточнения

Сверхмасси́вная чёрная дыра́ — чёрная дыра с массой 10⁵—10¹¹ масс Солнца. Сверхмассивные чёрные дыры обнаружены в центре многих галактик, включая Млечный Путь.