Le Grand Observatoire des Douches d'Air de Haute Altitude (LHAASO) a identifié les microquasars comme accélérateurs clés derrière le "genou" des rayons cosmiques, un mystère vieux de décennies en astrophysique. Publiés le 16 novembre, les résultats révèlent que ces systèmes de trous noirs produisent des particules d'ultra-haute énergie dépassant les attentes précédentes. Deux études confirment le rôle des microquasars dans la formation de l'environnement de particules de la galaxie.
Pendant près de 70 ans, les scientifiques se sont interrogés sur le "genou" dans le spectre d'énergie des rayons cosmiques—une chute brutale du nombre de particules au-dessus de 3 PeV, signalant un passage d'un comportement de loi de puissance à un autre. Des résultats marquants de LHAASO, publiés le 16 novembre, attribuent cette caractéristique aux microquasars : systèmes binaires compacts où les trous noirs accrètent de la matière d'étoiles compagnes, lançant des jets relativistes qui agissent comme des accélérateurs extrêmes de particules.
Deux études, publiées dans National Science Review et Science Bulletin, mettent en lumière les microquasars comme origine probable. LHAASO a détecté des rayons gamma d'ultra-haute énergie de cinq de ces objets : SS 433, V4641 Sgr, GRS 1915+105, MAXI J1820+070 et Cygnus X-1. Ceux-ci marquent les premières observations systématiques aux énergies PeV.
Dans SS 433, les rayons gamma se chevauchent avec un nuage atomique massif, indiquant des protons accélérés par le trou noir entrant en collision avec le matériau environnant. Les énergies des protons y dépassent 1 PeV, avec une puissance totale atteignant environ 10^32 joules par seconde—équivalente à quatre billions de bombes à hydrogène explosant chaque seconde. V4641 Sgr a produit des rayons gamma jusqu'à 0,8 PeV, avec des particules parentes dépassant 10 PeV, confirmant son rôle d'accélérateur super PeV.
Les techniques avancées de LHAASO ont permis des mesures précises du spectre des protons dans la région du genou, révélant un composant d'énergie élevée inattendu. Combinées aux données d'AMS-02 et DAMPE, elles montrent que la Voie lactée abrite de multiples accélérateurs, chacun avec des limites d'énergie distinctes. Les vestiges de supernovas expliquent les énergies plus basses, mais les microquasars rendent compte du genou et au-delà, résolvant un débat de longue date.
La recherche a impliqué des scientifiques de l'Institut de Physique des Hautes Énergies de l'Académie chinoise des Sciences, de l'Université de Nanjing, de l'Université de Science et Technologie de Chine et de l'Université La Sapienza de Rome, entre autres. Le réseau hybride de LHAASO fournit des insights doubles sur les rayons gamma et cosmiques, reliant directement le genou aux systèmes de jets de trous noirs et faisant progresser la compréhension des processus extrêmes de l'univers.