黑洞或可充当天然超级对撞机——助力揭开暗物质之谜

这些发现可能有助于节省数十亿美元的开支和数十年建设周期——这些正是像欧洲大型强子对撞机（全球最大、能量最高的粒子加速器）这类研究设施所需的投入。

"大型强子对撞机等粒子对撞机的重大期望之一是它能够产生暗物质粒子，但我们至今仍未观测到任何证据，"研究报告合著者约瑟夫·西尔克表示。这位任职于约翰斯·霍普金斯大学和英国牛津大学的天体物理学教授补充道："正因如此，当前正在讨论建造功率更强的版本——下一代超级对撞机。但当我们投入300亿美元并等待40年来建造这台超级对撞机时，自然界可能在超大质量黑洞中为我们提供了未来的一瞥。"

该研究于6月3日发表在《物理评论快报》上。

粒子对撞机使质子及其他亚原子粒子以接近光速相互撞击，从而揭示物质的最基本特性。碰撞产生的微弱能量闪耀和碎片可能揭示此前未被发现的粒子，包括暗物质的潜在候选粒子——这种构成宇宙关键组成部分却如幽灵般难以捉摸的物质，科学家至今尚未探测到。大型强子对撞机等设施（其环形隧道长达17英里）还推动了互联网、癌症治疗和高性能计算领域的变革。

黑洞能像行星一样绕轴旋转，但由于其强大的引力场，旋转强度远超行星。科学家日益发现，星系中心某些高速旋转的大质量黑洞会释放巨大的等离子体喷流，这很可能源于其自身旋转及周围吸积盘能量驱动的喷流。新研究表明，正是这些事件可能产生与人造超级对撞机相同的结果。

"如果超大质量黑洞能通过高能质子碰撞产生这些粒子，那么我们可能在地球上探测到信号——某些超高能粒子快速穿过我们的探测器，"同时担任巴黎天体物理研究所和牛津大学研究员的西尔克解释道。"这将证明宇宙中最神秘的天体内部存在新型粒子对撞机，其所达到的能量是任何地面加速器都无法企及的。我们会观测到带有奇异特征的现象，可能为暗物质提供证据——虽然这需要更多理论跨越，但确实存在可能。"

新研究揭示，黑洞附近的"气体流"可从其旋转中汲取能量，其剧烈程度远超科学家原有认知。在高速旋转的黑洞附近，这些粒子会发生混沌碰撞。尽管过程不尽相同，但其原理类似于科学家利用强磁场在高能粒子对撞机环形隧道中加速粒子引发的碰撞。

"碰撞产生的部分粒子会坠入黑洞视界永久消失。但凭借能量和动量，部分粒子得以逃脱，正是这些逃逸粒子被加速至前所未有的高能状态，"西尔克阐述道。"我们测算出这些粒子束的能量强度：堪比甚至超越超级对撞机的水平。虽然难以界定其极限值，但它们确实能达到我们计划建造的最新超级对撞机能量级，因此必定能提供互补性研究成果。"

西尔克指出，探测此类高能粒子可利用现有观测站，这些设施已用于追踪超新星爆发、大质量黑洞喷发等宇宙事件，包括南极冰立方中微子天文台或地中海下刚探测到有史以来最高能中微子的立方公里中微子望远镜等探测器。

"超级对撞机与黑洞的区别在于黑洞距离遥远，"西尔克强调，"但尽管如此，这些粒子终将抵达地球。"

牛津大学理论物理学家安德鲁·马默里博士也是本研究作者之一。