Czarne dziury rozkręcają się do granic możliwości, wystrzeliwując zabójcze neutrina w kosmos

Europejscy i amerykańscy fizycy odkryli szokujący mechanizm, który sprawia, że supermasywne czarne dziury działają jak kosmiczne akceleratory cząstek, przyspieszając neutrina do energii przekraczających setki petaelektronowoltów. 

Badanie opublikowane w czasopiśmie “Physical Review Letters” ujawnia, że te astronomiczne potwory mogą być naturalnymi odpowiednikami ziemskich superakceleratorów, osiągającymi energie nieosiągalne w żadnym laboratorium.

Kluczowym momentem, który zapoczątkował ten przełom, była sensacyjna detekcja neutrino o niespotykanej wcześniej energii. Detektor KM3Net, ukryty głęboko w wodach Morza Śródziemnego, zarejestrował neutrinową “bombę energetyczną” o mocy 220 petaelektronowoltów (PeV) - to ponad stukrotnie więcej niż poprzednie rekordy ustanowione przez obserwatorium IceCube i inne detektory neutrin.

Źródłem tych superpotężnych cząstek okazały się być wirujące z ogromną prędkością supermasywne czarne dziury. Profesor Joseph Silk z Uniwersytetu Oksfordzkiego, główny autor badania, wyjaśnia: “Niektóre cząstki z kolizji wpadają do czarnej dziury i znikają na zawsze. Ale inne, ze względu na swoją energię i pęd, zostają wyrzucone i to właśnie one są przyspieszane do niespotykanie wysokich energii.”

Mechanizm ten opiera się na zjawisku “rozkręcania” czarnych dziur. Czarna dziura wirująca z maksymalną dopuszczalną prędkością generuje wokół siebie strefę zwaną ergosferą, gdzie czasoprzestrzeń jest dosłownie wciągana w wir rotacji. Cząstki wpadające w tę strefę mogą zyskiwać ogromne energie kosztem energii rotacji czarnej dziury, a następnie być wyrzucane w przestrzeń kosmiczną.

Co szczególnie intrygujące, burzliwe przepływy gazu w pobliżu horyzontu zdarzeń powodują chaotyczne zderzenia cząstek, podobnie jak w akceleratorach cząstek takich jak Wielki Zderzacz Hadronów w CERN. Symulacje komputerowe wykazały, że energie tych zderzeń mogą być setki razy większe niż te osiągane w ziemskich laboratoriach.

“Cząstki z tych zderzeń, które mają wystarczającą energię i pęd, mogą zostać uwolnione z energiami ekstremalnie wysokimi – wyższymi niż możemy osiągnąć w Wielkim Zderzaczu Hadronów,” podkreśla współautor badania, Andrew Mummery, teoretyczny fizyk z Oksfordu.

Odkrycie to nabiera szczególnego znaczenia w kontekście poszukiwania ciemnej materii – tajemniczej substancji, która stanowi około 27% wszechświata. Naukowcy od lat mają nadzieję, że zderzacze cząstek pomogą wygenerować cząstki ciemnej materii, ale dotychczas nie zaobserwowano żadnych dowodów.

“Jedną z wielkich nadziei związanych ze zderzaczami cząstek, takimi jak Wielki Zderzacz Hadronów, jest to, że wygenerują one cząstki ciemnej materii, ale nie widzieliśmy jeszcze żadnych dowodów,” mówi profesor Silk. 

“Dlatego trwają dyskusje nad budową potężniejszej wersji, zderzacza nowej generacji. Ale podczas gdy inwestujemy 30 miliardów dolarów i czekamy 40 lat na budowę tego superzderzacza – natura może zapewnić nam wgląd w przyszłość za pośrednictwem supermasywnych czarnych dziur.”

Odkrycie to może zrewolucjonizować nasze podejście do badań nad cząstkami elementarnymi, oferując kosmiczne laboratorium o niespotykanych możliwościach. Zamiast budować coraz większe i droższe akceleratory na Ziemi, naukowcy mogliby wykorzystać istniejące obserwatoria, takie jak IceCube czy KM3Net, do wykrywania wysokoenergetycznych neutrin pochodzących z czarnych dziur.

“Różnica między superzderzaczem a czarną dziurą polega na tym, że czarne dziury są daleko,” zaznacza Silk. “Ale niemniej jednak, te cząstki do nas dotrą.”

Obecne detektory neutrin, takie jak KM3Net czy IceCube, mogą być wykorzystane do śledzenia tych niezwykłych cząstek kosmicznych, potencjalnie otwierając nowe okno na fizykę cząstek elementarnych i ciemną materię.

Teoria ta rzuca również nowe światło na niedawne odkrycie rekordowo energetycznego neutrina przez detektor KM3Net. Energia tej cząstki – 220 PeV – jest tak ogromna, że stanowi wyzwanie dla naszych obecnych teorii. Wydaje się jednak idealnie pasować do modelu czarnych dziur jako kosmicznych akceleratorów.

To przełomowe odkrycie może być początkiem nowej ery w fizyce cząstek elementarnych, gdzie czarne dziury – najbardziej tajemnicze obiekty we wszechświecie – będą służyć jako naturalne laboratoria do testowania najgłębszych tajemnic kosmosu.

Źródła:

https://www.mpg.de/24165156/neutrino-record-energy
https://www.ox.ac.uk/news/2025-06-04-new-study-indicates-scientists-cou…
https://hub.jhu.edu/2025/06/04/black-holes-as-supercolliders/
https://physicsworld.com/a/black-holes-could-act-as-cosmic-supercollide…
https://phys.org/news/2025-06-scientists-black-holes-supercolliders.html