Det stora hög höjd luft dusch observatoriet (LHAASO) har identifierat mikroquasarer som nyckelacceleratorer bakom den kosmiska strålningens 'knä', en decenniegammal gåta inom astrofysiken. Publicerade den 16 november avslöjar resultaten att dessa svarta hålsystem producerar ultrahögenergipartiklar som överstiger tidigare förväntningar. Två studier bekräftar mikroquasarernas roll i att forma galaxens partikel miljö.
I nästan 70 år har forskare grubblat över 'knäet' i den kosmiska strålningens energispektrum—en skarp minskning i partikelantalet över 3 PeV, som signalerar en övergång från ett potenslag till ett annat. Milstolpe-resultat från LHAASO, publicerade den 16 november, spårar denna egenskap till mikroquasarer: kompakta binära system där svarta hål ackrederar materia från följeslagarstjärnor och lanserar relativistiska jetstrålar som fungerar som extrema partikelacceleratorer.
Två studier, publicerade i National Science Review och Science Bulletin, framhäver mikroquasarer som det troliga ursprunget. LHAASO detekterade ultrahögenergi gamma-strålar från fem sådana objekt: SS 433, V4641 Sgr, GRS 1915+105, MAXI J1820+070 och Cygnus X-1. Dessa markerar de första systematiska observationerna vid PeV-energier.
I SS 433 överlappar gamma-strålar med ett massivt atommoln, vilket indikerar att svarta hål-accelererade protoner kolliderar med omgivande material. Protonenergierna där överstiger 1 PeV, med total effekt som når cirka 10^32 joule per sekund—motsvarande fyra biljoner vätebomber som exploderar varje sekund. V4641 Sgr producerade gamma-strålar upp till 0,8 PeV, med moderpartiklar som överstiger 10 PeV, vilket bekräftar det som en super PeV-accelerator.
LHAASO:s avancerade tekniker möjliggjorde precisa protonspektrum-mätningar i knäregionen, vilket avslöjade en oväntad högenergikomponent. Kombinerat med data från AMS-02 och DAMPE visar detta att Vintergatan hyser flera acceleratorer, var och en med distinkta energigränser. Supernovaresterna förklarar lägre energier, men mikroquasarer förklarar knäet och bortom, vilket löser en långvarig debatt.
Forskningen involverade forskare från Institute of High Energy Physics vid Chinese Academy of Sciences, Nanjing University, University of Science and Technology of China och La Sapienza University of Rome, bland andra. LHAASO:s hybrida array ger dubbla insikter i gamma-strålar och kosmiska strålar, kopplar knäet direkt till svarta hål jet-system och främjar förståelsen av universums extrema processer.