O Grande Observatório de Chuveiros de Ar de Alta Altitude (LHAASO) identificou microquasares como aceleradores chave por trás do 'joelho' dos raios cósmicos, um mistério de décadas na astrofísica. Lançados em 16 de novembro, os achados revelam que esses sistemas de buracos negros produzem partículas de ultra-alta energia que excedem as expectativas anteriores. Dois estudos confirmam o papel dos microquasares na formação do ambiente de partículas da galáxia.
Por quase 70 anos, os cientistas têm se intrigado com o 'joelho' no espectro de energia dos raios cósmicos—uma queda acentuada no número de partículas acima de 3 PeV, sinalizando uma mudança de um comportamento de lei de potência para outro. Resultados marcantes do LHAASO, lançados em 16 de novembro, rastreiam essa característica até os microquasares: sistemas binários compactos onde buracos negros acumulam matéria de estrelas companheiras, lançando jatos relativísticos que atuam como aceleradores extremos de partículas.
Dois estudos, publicados em National Science Review e Science Bulletin, destacam os microquasares como a origem provável. O LHAASO detectou raios gama de ultra-alta energia de cinco desses objetos: SS 433, V4641 Sgr, GRS 1915+105, MAXI J1820+070 e Cygnus X-1. Esses marcam as primeiras observações sistemáticas em energias PeV.
Em SS 433, raios gama se sobrepõem a uma nuvem atômica massiva, indicando prótons acelerados pelo buraco negro colidindo com material circundante. As energias dos prótons lá superam 1 PeV, com potência total atingindo cerca de 10^32 joules por segundo—equivalente a quatro trilhões de bombas de hidrogênio explodindo a cada segundo. V4641 Sgr produziu raios gama até 0.8 PeV, com partículas progenitoras excedendo 10 PeV, confirmando-o como um acelerador super PeV.
As técnicas avançadas do LHAASO permitiram medições precisas do espectro de prótons na região do joelho, revelando um componente de alta energia inesperado. Combinado com dados do AMS-02 e DAMPE, isso mostra que a Via Láctea abriga múltiplos aceleradores, cada um com limites de energia distintos. Remanescentes de supernovas explicam energias mais baixas, mas microquasares explicam o joelho e além, resolvendo um debate de longa data.
A pesquisa envolveu cientistas do Instituto de Física de Alta Energia da Academia Chinesa de Ciências, Universidade de Nanjing, Universidade de Ciência e Tecnologia da China e Universidade La Sapienza de Roma, entre outros. O array híbrido do LHAASO fornece insights duplos sobre raios gama e raios cósmicos, ligando o joelho diretamente a sistemas de jatos de buracos negros e avançando o entendimento dos processos extremos do universo.