В самом сердце Млечного Пути, там, где пространство и время скручиваются вокруг невидимого монстра, возможно, работает самый мощный ускоритель частиц во Вселенной. Речь не о фантастике, а о расчётах команды астрофизиков из Университета Аризоны, Национальной лаборатории Лос-Аламоса и Университета Аделаиды. В 2007 году они предложили объяснение загадочным гамма-лучам чудовищной энергии, которые десятилетиями фиксировали детекторы, — и их гипотеза превращает сверхмассивную чёрную дыру в центре Галактики в настоящий космический коллайдер. Ранее астрофизики уже предполагали, что чёрные дыры разгоняют частицы до 100 трлн электронвольт, но новая модель детально объяснила, как именно это происходит.

Частицы на пределе возможного

Гамма-излучение, о котором идёт речь, — это не рядовые всплески. Его энергия достигает десятков триллионов электрон-вольт. Для сравнения: самый амбициозный земной проект, Большой адронный коллайдер (LHC) в ЦЕРНе, который тогда ещё только строился, проектировался на разгон частиц до 7 триллионов эВ. Разрыв колоссальный. Откуда берутся фотоны, способные нести в себе энергию, на порядки превышающую возможности нашей лучшей машины? Подобные гамма-всплески в 7 млрд световых лет увидели с Земли, что подтверждает их космическое происхождение.

Группа под руководством профессора Фульвио Мелиа из Аризоны несколько лет выстраивала теорию процессов в ближайших окрестностях центральной чёрной дыры. Исследователи не просто фантазировали: они опирались на детальную карту распределения межзвёздного газа в радиусе 10 световых лет от дыры и колоссальный объём вычислений. Чтобы понять, как ведут себя разогнанные протоны в этой турбулентной среде, учёные рассчитали 220 тысяч траекторий частиц, учитывая все мыслимые магнитные силы.

Хаос в магнитной ловушке

Результаты моделирования рисуют картину почти сюрреалистическую. Магнитные поля вблизи чёрной дыры не просто сильные — они хаотические. Протон, даже разогнанный почти до скорости света, не вылетает прочь по прямой. Его швыряет из стороны в сторону, траектория напоминает пьяный танец. Расчёты показали: чтобы преодолеть расстояние в 10 световых лет, такой частице требуется не десять лет, а несколько тысяч. Всё это время она остаётся внутри гигантского природного ускорителя, набирая энергию от постоянно меняющихся магнитных полей. По оценкам команды, энергия протонов может взлетать до 100 триллионов эВ — цифра, от которой захватывает дух.

Но рано или поздно часть этих «сверхпротонов» покидает окрестности чёрной дыры. И тут начинается второй акт.

Рождение гамма-квантов из столкновений

Вырвавшись из магнитного хаоса, ускоренные протоны врезаются в более спокойных собратьев — низкоэнергетичные протоны межзвёздного водорода. При таких столкновениях рождаются короткоживущие частицы — пионы, или пи-мезоны. Они почти мгновенно распадаются, и продуктом этого распада становятся те самые высокоэнергетичные гамма-лучи, которые разлетаются во все стороны. Именно их и ловят наши телескопы.

Любопытная деталь: модель предсказывает, что лишь 31 процент ускоренных протонов порождает гамма-излучение непосредственно в пределах 10 световых лет от чёрной дыры. Остальные 69 процентов уносятся гораздо дальше. Учёные предполагают, что там они тоже могут сталкиваться с другими частицами или излучением, возможно, внося вклад в гамма-фон на периферии Галактики. Это открытый вопрос, требующий дальнейших наблюдений.

Теория, подкреплённая данными

Самое важное: предложенная модель не просто красива. По словам исследователей, она хорошо воспроизводит и спектр, и интенсивность того гамма-излучения, которое реально регистрируют астрономы. Совпадение расчётов с наблюдениями — серьёзный аргумент в пользу того, что чёрная дыра в центре Млечного Пути действительно работает как ускоритель частиц. И не просто ускоритель, а самый мощный из известных.

Так отвлечённая фраза из «Маленького принца» — «У каждого человека свои звёзды» — обретает неожиданный физический смысл. Звёзды, которые мы видим, и те, что скрыты от глаз, но проявляют себя в гамма-диапазоне, могут быть обязаны своим сиянием процессам, идущим в сердце нашей Галактики. Именно там, в центре Млечного Пути, звезда описала круг и взвесила чёрную дыру, позволив уточнить её массу. И, возможно, у каждой звезды — свой путь, продиктованный хаосом магнитных полей вокруг чёрной дыры, где протоны тысячи лет блуждают, прежде чем родить фотон, который долетит до нас.