В ЦЕРНе воссоздали джеты сверхмассивных черных дыр
Изучать черные дыры можно не только при посредстве телескопа — если, конечно, есть достаточно мощный ускоритель элементарных частиц. Физики из ЦЕРН доказали это на деле, впервые смоделировав в лаборатории знаменитые скоростные выбросы плазмы аккреционными дисками сверхмассивных гигантов, именуемые «джетами».
В эксперименте принимала участие огромная команда ученых из многих стран Европы от Германии до Португалии, в том числе наш соотечественник, физик Александр Щекочихин. Идея команды была революционной: смоделировать в лабораторных условиях (первый раз в истории) поведение материи поблизости от самых плотных объектов во Вселенной.
Закручивая вокруг себя пространство-время, черные дыры создают аккреционный диск из раскаленного и невероятно ярко светящегося газа. При этом внутренние зоны этого диска из газообразного переходят в последнее, четвертое состояние материи — плазму (то есть превращаются в «суп» из отдельных протонов и электронов).
Именно отсюда происходят чудовищной силы выбросы, пронзающие космос на целые световые годы. Получить такую плазму на Земле оказалось весьма непростой задачей даже в ЦЕРНе, являющемся в области квантовой механики наиболее передовым исследовательским комплексом человечества. Но для углубления понимания процессов, протекающих в окрестностях черных дыр, это было необходимо.
Своей цели физики добились, сформировав высокоэнергетические квазинейтральные пучки, состоящие из электронов и их антиподов — позитронов. Для этого потребовалось разогнать на ускорителе более 100 миллиардов протонов до кинетической энергии, в 440 раз превышающей их энергию покоя. Такие протоны превратились в своего рода «ядра», способные разбить атомное ядро не на обычные нуклоны, а сразу на глюоны и кварки. Они, в свою очередь, мгновенно рекомбинируют, порождая целый дождь из частиц и античастиц.
Таким образом, пусть и в миниатюрном масштабе, но впервые удалось достигнуть тех колоссальных энергий (и количества свободных частиц), которые в космосе приводят к образованию «астрофизической» плазмы. Другими словами, ученые смогли получить джет черной дыры без участия самой черной дыры.
Как отмечают сами физики, это исследование открывает «совершенно новый рубеж» в изучении квантовых явлений в космосе — отличающихся, по существу, прежде всего своим гигантским масштабом. Понять, как происходит выброс, улавливая его слабое «эхо» за тысячи световых лет рентгеновским телескопом — практически невозможно, зато теперь его практически полный аналог доступен для разбора буквально «по частице». А международное сотрудничество в очередной раз подтвердило свою решающую силу в разрешении вызовов, стоящих перед человечеством.
