Un nou studiu sugerează că natura ar putea avea deja propriile sale „superacceleratoare” în interiorul găurilor negre supermasive aflate în centrul galaxiilor. Aceste obiecte uriașe ar putea accelera particulele la energii extreme, poate chiar până la cele necesare pentru a se genera particule de materie întunecată, performanță pe care cele mai avansate acceleratoare construite de noi, precum Large Hadron Collider (LHC), nu au reușit-o încă.
Acceleratoare naturale versus cele din laboratoarele noastre
În timp ce bugetele pentru cercetarea fundamentală sunt tot mai limitate, ideea că găurile negre ar putea acționa ca „laboratoare cosmice” deschide perspective fascinante. Studiul, realizat de cercetători de la Johns Hopkins University, propune ca aceste fenomene naturale să fie considerate drept o variantă de luat în calcul la costurile uriașe și la zecii de ani necesari pentru construirea unor noi superacceleratoare pe Pământ.
LHC, cel mai puternic accelerator actual, este construit într-un tunel subteran de 27 de kilometri și a costat miliarde. Unul dintre scopurile acestui tip de acceleratoare este descoperirea particulelor de materie întunecată, dar până acum nu avem nicio dovadă directă.
În timp ce se discută despre un nou accelerator de generație viitoare, cu un cost de circa 30 de miliarde și o durată de construcție de 40 de ani, natura ar putea să ne ofere deja o fereastră spre noi studii prin găurile negre supermasive.
Coliziuni de particule extreme
Acceleratoarele terestre fac ca protonii și alte particule subatomice să se ciocnească la viteze apropiate de cea a luminii. Din aceste ciocniri rezultă energie și fragmente ce pot dezvălui particule necunoscute, inclusiv cele suspectate că alcătuiesc materia întunecată, componentă invizibilă a universului, care rămâne una dintre cele mai mari enigme ale fizicii actuale.
La rândul lor, găurile negre care se rotesc cu energii enorme atrag materie din jur sub forma unui disc de acreție. În cazul celor mai rapide, această rotație generează jeturi imense de plasmă care străbat spațiul intergalactic.
Noul studiu publicat în Physical Review Letters sugerează că în aceste condiții extreme ar putea avea loc coliziuni de particule asemănătoare cu cele produse în acceleratoarele construite de oameni, doar că la energii mult mai mari.
Jeturi cosmice ca acceleratoare naturale
Dacă aceste găuri negre reușesc să accelereze protoni astfel încât să aibă loc coliziuni cu energii colosale, o parte din particulele rezultate ar putea fi detectate chiar aici, pe Pământ. Aceasta ar fi dovada că în interiorul celor mai misterioase obiecte din univers funcționează un accelerator natural, capabil să atingă energii inaccesibile pe Pământ, care ar putea genera materia întunecată.
Modelele arată că fluxurile de gaz care cad spre o gaură neagră pot extrage energie din rotația ei, declanșând coliziuni violente între particule. Unele dintre aceste particule dispar în gaura neagră, dar altele scapă, purtând cu ele urme ale acestor procese extreme.
Detectarea particulelor: cu ochii spre cosmos
Pentru a observa aceste particule de energie extremă, oamenii de știință pot folosi deja Pentru a observa aceste particule de energie extremă, oamenii de știință pot folosi deja detectoarele construite pentru alte fenomene cosmice. Observatoare precum IceCube din Antarctica sau KM3NeT din Marea Mediterană, care a înregistrat recent cel mai energetic neutrino cunoscut, sunt instrumente ideale pentru a surprinde semnăturile acestor „superacceleratoare cosmice”.
Găurile negre, mai aproape decât par
Deși aceste coliziuni se petrec la distanțe de milioane sau miliarde de ani-lumină, particulele emise pot traversa universul și ajunge până la noi. Spre deosebire de un accelerator pe Pământ, „laboratorul” cosmic se află în inima galaxiilor, dar mesajul călătorește prin cosmos.
Astfel, găurile negre supermasive ar putea fi cheia pentru a descoperi particule noi și poate chiar pentru a înțelege natura materiei întunecate. Dacă studiul este corect, natura însăși ar putea oferi răspunsuri la întrebările pe care oamenii de știință încearcă să le dezlege cu ajutorul celor mai sofisticate acceleratoare construite vreodată.
