De zeci de ani, astrofizicienii încearcă să lămurească o ruptură ciudată din spectrul razelor cosmice: o scădere bruscă a intensității în jurul valorii de 3 PeV, o energie amețitor de mare. I -au spus „genunchiul”. Explicația a rămas însă evazivă.
Supernovele, considerate multă vreme principalii furnizori ai acestor particule, nu păreau suficient de puternice pentru a le accelera până acolo.
Noile observații ale observatorului LHAASO schimbă această perspectivă: ele arată că anumiți găuri negre, care aruncă în spațiu jeturi de materie cu viteze apropiate de cea a luminii, ar putea sta la originea acestei rupturi energetice.
Concluzia redesenează harta celor mai extreme acceleratoare naturale din Calea Lactee. Ipoteza vine la pachet cu un actor mai puțin așteptat: microquasarii. Până de curând, supernovele dominau explicațiile privind producerea razelor cosmice din galaxia noastră.
Dar măsurătorile LHAASO spun o altă poveste. Observatorul din China a detectat raze gamma de energie foarte înaltă emise de cinci microquasari: SS 433, V4641 Sgr, GRS 1915+105, MAXI J1820+070 și Cygnus X-1.
Aceste sisteme binare, în care o gaură neagră „sifonează” materie de la o stea companion, lansează jeturi relativiste capabile să împingă particule la energii vertiginoase. Cazul SS 433 iese din tipare.
Razele gamma ultra-energetice observate se suprapun spațial cu un imens nor atomic, sugerând că protonii accelerați de gaura neagră se izbiază de această materie. Estimările indică protoni care depășesc 1 PeV și o putere totală extraordinar de mare.
Alte sisteme, precum V4641 Sgr, prezintă emisii gamma de până la 0,8 PeV, ceea ce implică particule „mamă” cu energii de peste 10 PeV.
Astfel de valori duc această fizică la marginea posibilului în Calea Lactee și impun microquasarii ca suspecți naturali pentru componenta de energie înaltă a razelor cosmice.
Pentru a înțelege cu adevărat „genunchiul”, era nevoie însă de o măsurare precisă a spectrului protonilor cosmici, o sarcină notoriu de dificilă.
Detectoarele spațiale nu au sensibilitate suficientă în această gamă de energii, iar măsurătorile de la sol sunt afectate de interacțiile din atmosferă, complicând separarea protonilor de alți nuclei.
LHAASO a abordat problema cu o metodă multiparametru care izolează un eșantion de protoni cu o puritate excepțională.
Pentru prima dată, o observație de la sol oferă o măsurare fiabilă și detaliată a spectrului protonic în regiunea critică a „genunchiului”, comparabilă ca precizie cu misiunile spațiale.
Analiza aduce însă o surpriză: în locul unei simple treceri de la o lege de putere la alta, cercetătorii identifică o nouă componentă de energie înaltă.
Rezultatul sugerează că la spectrul global contribuie mai multe tipuri de surse și că unele dintre ele, mult mai puternice decât supernovele, domină în zona PeV.
Compararea cu datele misiunii AMS-02, care acoperă energiile joase, și ale DAMPE, specializată în energiile intermediare, conturează o imagine coerentă. Calea Lactee nu este condusă de un singur tip de accelerator, ci de o diversitate de obiecte, fiecare lăsându-și amprenta energetică.
„Genunchiul” apare acum ca limita de accelerare a surselor responsabile de componenta de energie înaltă, în special microquasarii. Aceste sisteme cu găuri negre se diferențiază clar de supernove prin capacitatea de a propulsa protoni la energii mult superioare.
Pentru prima dată, observațiile leagă direct o structură precisă din spectrul razelor cosmice de un tip de obiect astrofizic. Este un salt posibil datorită concepției hibride a LHAASO, capabilă atât să detecteze raze gamma extreme, cât și să măsoare fin particulele care ajung pe Pământ.
Împreună, aceste descoperiri dezvăluie o legătură profundă între găurile negre și originea razelor cosmice, luminând dintr-un unghi nou dinamica celor mai extreme fenomene din galaxia noastră. Rezultatele marchează o etapă majoră în rezolvarea unuia dintre marile mistere ale astrofizicii moderne.
Studiul a fost publicat în Science Bulletin.
