MISTERUL RAYONILOR COSMICE REZOLVAT: FORMAREA „GENUNCHIULUI” LEGATĂ DE GAURI NEGRE
Pe 16 noiembrie 2025, observatorul LHAASO a adus la lumină un secret vechi de decenii privind spectrul de energie al rayonilor cosmici, care arată o scădere abruptă a acestora deasupra valorii de 3 PeV, formând astfel o structură neobișnuită asemănătoare cu un genunchi. Această formă a misterului cunoscut sub numele de „genunchiul energetic” a rămas fără explicație clară de la descoperirea sa, în urmă cu aproape 70 de ani.
Cu toate acestea, două studii recente publicate în National Science Review și Science Bulletin au demonstrat că micro-quasarii, impulsionați de accrecția sistemului lor de găuri negre, sunt acceleratori de particule extrem de puternici în Calea Lactee, fiind sursa probabilă a acestui „genunchi”. Aceste cercetări avansate ne ajută să înțelegem procesele fizice extreme ale sistemelor de găuri negre.
MICRO-QUASARII: ACCELERATORI COSMICI PE CARE NU ÎI AȘTEPTAM
Găurile negre, printre cele mai enigmatice obiecte ale universului, generează jeturi relativiste atunci când accrează material din stelele companion ale sistemelor binare, formând ceea ce numim „micro-quasari”. Studiul LHAASO a detectat pentru prima dată raze gamma cu energie ultra-înaltă provenind de la cinci micro-quasari recunoscuți: SS 433, V4641 Sgr, GRS 1915+105, MAXI J1820+070 și Cygnus X-1.
Raza gamma ultra-înaltă provenită de la SS 433 a fost observată că se suprapune cu un nor atomic gigantic, sugerând puternic că protonii de mare energie sunt accelerați de gaura neagră și colidează cu materia din jur. Energia protonilor în acest sistem a depășit 1 PeV, având o putere totală de aproximativ 1032 jouli pe secundă, echivalentă cu energia eliberată de patru trilioane de cele mai puternice bombe cu hidrogen.
PROBLEME ÎN MĂSURAREA SPECTRELOR RAYONILOR COSMICI
Pentru o înțelegere completă a acestui fenomen, sunt esențiale măsurători precise ale spectrului energetic al diferitelor specii de raze cosmice, inclusiv „genunchiile” lor respective. Primul pas este măsurarea spectrului de energie al nucleelor cele mai ușoare – protonii. Cu toate acestea, rayonii cosmici din regiunea „genunchiului” sunt rari, iar detectoarele satelit au o capacitate de acceptare limitată, ceea ce face detectarea acestora o provocare similară cu căutarea unui ac într-un car cu fân.
În măsurătorile indirecte de la sol ale particulelor rayonilor cosmici, este imposibil să se evite interferența atmosferică, ceea ce îngreunează distincția între protoni și alte nuclee. Această măsurare a fost considerată imposibilă o lungă perioadă de timp.
DEZVĂLUIRI PRIVIND ACCELERATORII MULTIPLI CARE MODELĂ CEEA CE REPREZINTĂ RAYONII COSMICI
Noile descoperiri ale LHAASO, împreună cu componenta de joasă energie măsurată de experimentul AMS-02 și componenta de energie intermediară măsurată de experimentul DAMPE, au scos la iveală existența mai multor acceleratori în Calea Lactee, fiecare având propriile capacități unice de accelerare și domeniu de energie. „Genunchiul” reprezintă limita de accelerare a surselor responsable de generarea componentelor de energie înaltă.
Structura complexă a spectrului energetic al protonilor indică faptul că protonii din domeniul energetic PeV provin în principal din „noi surse” precum micro-quasarii, care au o limită de accelerare semnificativ mai mare decât cea a resturilor de supernova. Aceasta le permite să genereze rayonii cosmici de înaltă energie care depășesc „genunchiul”.
CONEXIUNI ÎNTRE DESCOPERIRI
Aceaste două descoperiri se susțin reciproc, prezentând o imagine științifică cuprinzătoare. Acest lucru nu numai că marchează un avans semnificativ în rezolvarea misterului originării „genunchiului”, ci oferă și dovezi observaționale cruciale pentru înțelegerea rolului găurilor negre în originea rayonilor cosmici.
Designul hibrid al rețelei de detectoare LHAASO permite detecția surselor de rayon cosmic prin raze gamma ultra-înaltă, în timp ce permite măsurarea precisă a particulelor de raze cosmice din apropierea sistemului solar. Această abordare oferă perspective asupra capacităților de accelerare ale surselor la energii PeV și a caracteristicilor spectrale pe care le aportă acestora.
Pentru prima dată, structura „genunchiului” a fost conectată observativ la un tip specific de sursă astrofizică – sistemul jet al găurii negre.
Datorită sensibilității sale în explorarea astronomică a razelor gamma și a măsurării precise a rayonilor cosmici, LHAASO s-a impus ca lider în cercetările înalt energetice asupra rayonilor cosmici, având un impact global și contribuind semnificativ la cunoașterea proceselor fizice extreme din univers.
