银河系核心处的那个怪物可能不仅仅是一个沉默的恒星吞噬者。人马座A*,这个位于2.7万光年外、质量相当于400万太阳质量的黑洞,可能是银河系最极端的粒子加速器之一——一个自然对撞机,将质子加速到拍电子伏特能量级别。
这是大型强子对撞机碰撞能量的百万倍。而且驱动它的并非某种奇异的新物理学,而是黑洞自身的自旋。
在一个快速旋转的克尔黑洞周围,有一个被称为能层的区域,那里的时空本身被如此剧烈地拖曳,以至于没有任何东西能够静止。1969年,罗杰·彭罗斯证明,一个落入这个旋转区域的粒子可以分裂:一个碎片向内坠落,携带负能量(从远处测量),而另一个碎片则以超过原始粒子能量的能量飞出。这额外的能量是从黑洞的自转中窃取的。
这一过程的磁学版本效率要高得多。在人马座A*周围炽热的吸积流中产生的中间子会漂入能层并衰变。由此产生的质子感受到由旋转的磁化黑洞产生的巨大电场,并被向外弹射。计算显示,它们可以达到几拍电子伏特——而在更强的磁场模型中,甚至可达数十拍电子伏特。
一旦这些超高能质子撞击到银河中心稠密的分子气体中,它们就会产生伽马射线和中微子。这些次级粒子携带着独特的谱指纹,下一代伽马射线望远镜和更灵敏的中微子观测站可能能够探测到。如果预言的信号出现,我们将确认发现第一个位于自家后院的银河系拍电子伏特加速器。
几十年来,天文学家一直认为超新星遗迹是宇宙射线的主要工厂,直至谱的“膝部”。这项新研究表明,银河中心那个安静的巨人在一直悄无声息地与它们竞争——将自身自转转化为银河系所能产生的最高质量子。
