Астрономы предложили искать признаки процесса Пенроуза — механизма, при котором вращающаяся чёрная дыра теряет часть массы, отдавая энергию окружающим частицам. Исследование посвящено сверхмассивной чёрной дыре Стрелец A* в центре Млечного Пути. Работа опубликована на сервере препринтов arXiv.
Процесс Пенроуза впервые описал Роджер Пенроуз в 1969 году. Он связан с эргосферой — областью вокруг вращающейся чёрной дыры, где эффект увлечения пространства настолько силён, что находящиеся там объекты вынуждены вращаться вместе с ней. В обычном случае энергия чёрной дыры формируется за счёт вещества, падающего в неё и увеличивающего её массу, тогда как механизм Пенроуза позволяет извлекать энергию непосредственно из вращения.
В новой работе вместо гипотетического космического корабля учёные рассмотрели нейтрон, попавший в эргосферу Стрельца A*. Нейтрон электрически нейтрален, однако способен распадаться на протон, электрон и нейтрино. При этом электрон уносит часть энергии, а протон получает дополнительное ускорение; заряженные частицы затем взаимодействуют с магнитным полем эргосферы. Такой вариант называют магнитным процессом Пенроуза.
Расчёты показывают, что при реалистичной траектории нейтрона механизм может разгонять протоны до энергий порядка петаэлектронвольт (ПэВ). Это примерно в тысячу раз выше энергии самых мощных протонов, полученных на Большом адронном коллайдере. Покинув эргосферу почти со скоростью света, частицы будут сталкиваться с газом вокруг чёрной дыры и порождать гамма-излучение с характерным спектром, а распад нейтронов одновременно должен сопровождаться появлением высокоэнергичных нейтрино.
Современные приборы пока не способны зарегистрировать столь слабые сигналы. Однако модернизированные версии обсерватории HAWC (High-Altitude Water Cherenkov — высокогорная водно-черенковская обсерватория) и нейтринной обсерватории IceCube в Антарктиде могут обнаружить их в будущем. Совместная регистрация гамма-излучения и нейтрино стала бы свидетельством магнитного процесса Пенроуза и подтверждением того, что чёрные дыры способны терять массу.