Учёные предложили способ обнаружить процесс Пенроуза — механизм, при котором вращающаяся чёрная дыра теряет часть массы, отдавая энергию окружающим частицам. Исследование посвящено сверхмассивной чёрной дыре Стрелец A* в центре Млечного Пути. Его результаты опубликованы на платформе arXiv.
Процесс Пенроуза был впервые описан Роджером Пенроузом в 1969 году. Он связан с эргосферой — областью вокруг вращающейся чёрной дыры, где эффект увлечения пространства настолько силён, что любое тело вынуждено двигаться вместе с вращением объекта. Благодаря этому часть энергии может быть извлечена непосредственно из вращения чёрной дыры, а не только за счёт поглощения вещества.
Авторы новой работы рассмотрели не гипотетический космический корабль, а нейтрон, попадающий в эргосферу Стрельца A*. Нейтрон способен распасться на протон, электрон и нейтрино. В результате электрон уносит отрицательную энергию, а протон получает дополнительный импульс и покидает окрестности чёрной дыры.
Заряженные протон и электрон взаимодействуют с магнитным полем эргосферы, поэтому описанный сценарий относится к магнитному процессу Пенроуза. По оценкам исследователей, при реалистичной траектории нейтрона он может ускорять протоны до энергий порядка петаэлектронвольт. Это примерно в тысячу раз превышает энергию самых мощных протонов, полученных на Большом адронном коллайдере.
Почти световые протоны должны сталкиваться с молекулами газа вокруг чёрной дыры. Такие столкновения способны порождать гамма-излучение с характерным спектром, а распад нейтронов — дополнительно высокоэнергетические нейтрино. Таким образом, астрономы могли бы зарегистрировать единый сигнал сразу по двум каналам: по свету и по нейтрино.
Современные приборы пока не обладают достаточной чувствительностью для обнаружения столь слабых сигналов. Однако модернизированные версии обсерватории HAWC (High-Altitude Water Cherenkov, водная черенковская обсерватория на большой высоте) и нейтринной обсерватории IceCube в Антарктиде могут получить такую возможность. Это позволит проверить существование процесса Пенроуза и подтвердить, что чёрные дыры способны терять массу.