Експеримент у ЦЕРН розкрив таємницю надмасивних чорних дір

Надмасивні чорні діри залишаються одними з найзагадковіших об'єктів у Всесвіті. Від їхнього формування до поведінки — багато питань досі не мають відповіді. Однак одну з таємниць, схоже, вдалося розгадати, і це сталося не завдяки космічним спостереженням, а за допомогою прискорювача частинок на Землі.

Надмасивні чорні діри, які активно поглинають газ, можуть створювати потужні струмені частинок. Ці частинки рухаються майже зі швидкістю світла, а у випадку класу блазарів такі струмені спрямовані прямо на Землю. З цієї специфічної точки спостереження ми бачимо випромінювання гамма-променів надзвичайно високої енергії. Це потужне світло взаємодіє з іншими світловими частинками, створюючи каскад матерії та антиматерії у формі електрон-позитронних пар.

Ці пари частинок і античастинок повинні взаємодіяти з реліктовим випромінюванням, розсіюючись на цьому світлі та створюючи інше гамма-випромінювання з енергією, що становить одну тисячну від початкової. Проте таке випромінювання ніколи не спостерігалося.

На допомогу прийшов суперпротонний синхротрон у ЦЕРН. Цю машину використали для створення перших у світі плазмових вогняних куль, щоб перевірити основну конкуруючу гіпотезу. Одна ідея припускає, що нестабільність всередині струменя руйнує його на астрономічних масштабах, що призводить до втрати енергії. Інша полягає в тому, що промінь залишається стабільним протягом тисяч світлових років, а слабке міжгалактичне магнітне поле порушує каскад частинок, виштовхуючи слабкі гамма-промені за межі видимості.

Експеримент у ЦЕРН створив пари електронних і позитронних променів, які поширювалися в навколишній плазмі. Міжнародна команда дослідників виявила, що промені були вузькими і майже паралельними, з мінімальними порушеннями. Ці результати свідчать, що винуватцем є слабке міжгалактичне магнітне поле, можливо, залишок раннього Всесвіту.

«Наше дослідження демонструє, як лабораторні експерименти можуть допомогти подолати розрив між теорією та спостереженнями, покращуючи наше розуміння астрофізичних об'єктів за даними супутникових і наземних телескопів», — заявив провідний дослідник професор Джанлука Грегорі з Оксфордського університету. «Це також підкреслює важливість співпраці між експериментальними установами по всьому світу, особливо у прориві на шляху до все більш екстремальних фізичних режимів».

«Було дуже цікаво брати участь у такому інноваційному експерименті, який додає нове вимірювання до передових досліджень, що проводяться в ЦЕРН. Сподіваюся, наш вражаючий результат викличе інтерес у спільноті плазмової астрофізики до можливостей дослідження фундаментальних космічних питань у земній лабораторії фізики високих енергій», — додав співдослідник професор Субір Саркар, також з Оксфорда.

Дослідження опубліковане у виданні Proceedings of the National Academy of Sciences. Цей прорив демонструє, як земні експерименти можуть допомогти розгадати космічні загадки та відкриває нові можливості для вивчення найвіддаленіших і найпотужніших об'єктів у Всесвіті.