Zagonetka kosmičkih zraka konačno je riješena. Naučnici su uspjeli povezati formaciju tzv. „koljena“ sa crnim rupama. Opservatorija LHAASO u kineskom Sičuanu razriješila je višedecenijsku misteriju energetskog spektra kosmičkih zraka: naglu redukciju iznad 3 PeV koja stvara karakterističan oblik „koljena“.
Uzrok „koljena“ zbunjivao je naučnike gotovo 70 godina. Pretpostavljalo se da je riječ o granici do koje astrofizički izvori mogu ubrzavati čestice, odnosno prelazu između različitih energetskih nivoa kosmičkih zraka.
Nova istraživanja pokazuju da mikrokvazari, sistemi u kojima crne rupe usisavaju materiju susjednih zvijezda i stvaraju relativističke mlazove, predstavljaju izuzetno snažne akceleratore čestica u Mlječnom putu i vjerovatne izvore „koljena“. Ovo otkriće unapređuje razumijevanje ekstremnih fizičkih procesa povezanih sa crnim rupama.
Crne rupe proizvode blistave relativističke mlazove tokom akrecije materijala, pri čemu nastaju mikrokvazari. LHAASO je po prvi put detektovao ultravisokoenergetske gama zrake iz pet mikrokvazara: SS 433, V4641 Sgr, GRS 1915+105, MAXI J1820+070 i Cygnus X-1.
Otkriveno je i da se visokoenergetsko zračenje iz SS 433 preklapa sa velikim atomskim oblakom, što snažno sugeriše da crna rupa ubrzava protone ekstremnih energija, koji potom sudaraju sa okolinom.
Protoni u ovom sistemu dostizali su preko 1 PeV, sa energetskim izbojem od oko 10³² džula po sekundi, što je ekvivalent energiji koju svake sekunde oslobode četiri biliona najjačih hidrogenskih bombi. Gama zraci iz V4641 Sgr dostizali su 0.8 PeV, čime je potvrđen još jedan „super PeV akcelerator“.
Ovo je jasan dokaz da mikrokvazari mogu ubrzati čestice mnogo više nego ostaci supernova, za koje se dugo vjerovalo da su primarni izvori kosmičkih zraka, ali se pokazalo da ne mogu dostići energije „koljena“.
Za potpuno razumijevanje fenomena bilo je nužno precizno izmjeriti energetske spektre različitih tipova kosmičkih zraka, počevši od protona. Međutim, u području „koljena“ protoni su izuzetno rijetki i sateliti imaju ograničenu osjetljivost.
Zemaljska mjerenja dodatno komplikuju atmosferske smetnje koje otežavaju razlikovanje protona od ostalih nukleona. Zbog toga se ovo mjerenje decenijama smatralo gotovo nemogućim.
LHAASO je razvio napredne multiparametarske tehnike mjerenja i uspio izdvojiti veoma čist uzorak protona, omogućivši mjerenje njihovog spektra sa preciznošću kakva je ranije bila moguća samo u svemiru. Time je otkriveno postojanje potpuno nove visokoenergetske komponente, umjesto očekivanog jednostavnog prelaza.
Podaci LHAASO-a, zajedno sa rezultatima svemirskih eksperimenata AMS-02 i DAMPE, otkrivaju da naš Mliječni put sadrži više različitih akceleratora kosmičkih zraka. Svaki ima svoj specifični energetski obim i maksimalnu energiju koju može dostići.
„Koljeno“ označava granicu do koje izvori visokoenergetskih zraka (kao mikrokvazari) mogu ubrzavati čestice.
Ova složena struktura protonskog spektra potvrđuje da najenergetskiji kosmički zraci (u PeV rasponu) potiču upravo iz novih izvora, prije svega mikrokvazara, koji premašuju mogućnosti supernova.
Ovo otkriće ne samo da razrješava višedecenijsku misteriju „koljena“, već pruža ključne dokaze o ulozi crnih rupa u nastanku kosmičkih zraka.
Hibridni detektorski sistem LHAASO omogućava istovremeno detektiranje ultravisokoenergetskih gama zraka i precizno mjerenje kosmičkih zraka u blizini Zemlje. Ovaj dvostruki pristup nudi najjasniji uvid u akceleratore čestica PeV energija.
Prvi put je struktura „koljena“ direktno povezana s određenim tipom astrofizičkog izvora, mlazovima crnih rupa.
LHAASO, projektovan i vođen od strane kineskih naučnika, danas predvodi svjetska istraživanja visokoenergetskih kosmičkih zraka i donosi otkrića koja mijenjaju razumijevanje ekstremnih procesa u svemiru.