Космические лучи — это высокоэнергетические частицы, в основном протоны, которые постоянно бомбардируют Землю из космоса. При построении графика их энергий ученые обнаружили странную особенность: количество частиц плавно уменьшается с ростом энергии, но при определенном значении происходит резкий спад, напоминающий по форме согнутое колено. Долгое время оставалось загадкой, что именно ограничивает максимальную энергию космических частиц. Виновниками оказались микроквазары — компактные системы с черными дырами внутри нашей галактики.
Китайская обсерватория LHAASO впервые зарегистрировала ультравысокоэнергетические гамма-лучи от пяти микроквазаров: SS 433, V4641 Sgr, GRS 1915+105, MAXI J1820+070 и Cygnus X-1. Микроквазары представляют собой двойные системы, где черная дыра втягивает вещество от звезды-компаньона, создавая мощные струи частиц — джеты, движущиеся почти со скоростью света.
Особенно впечатлил источник SS 433: черная дыра в его центре ускоряет протоны до энергий, превышающих один ПэВ. Когда эти частицы врезаются в окрестные газовые облака, они производят вспышки гамма‑лучей мощностью около 10³² джоулей в секунду — примерно столько энергии выделяют четыре триллиона самых мощных водородных бомб. Другой микроквазар, V4641 Sgr, произвел гамма-лучи с энергией 0,8 ПэВ, а родительские частицы, породившие эти лучи, имели энергии выше 10 ПэВ.
Это открытие решает давнее противоречие. Раньше основными источниками космических лучей считались остатки сверхновых звезд, но и наблюдения, и теория показывали, что они не могут разогнать частицы до энергий, сравнимых с джетами микроквазаров. Теперь стало ясно, что в Млечном Пути существует несколько типов космических ускорителей, каждый со своим энергетическим пределом, и сумма энергий и формирует характерное «колено», которое наблюдают ученые.
Используя передовые методы анализа, LHAASO смогла выделить чистую выборку протонов в области «колена» — задача, которую раньше считали почти невыполнимой из-за атмосферных помех. Вместо плавного перехода между разными режимами ученые обнаружили отчетливый «высокоэнергетический компонент» в спектре протонов.
Впервые в истории астрофизики удалось напрямую связать «колено» космических лучей с конкретным классом объектов — системами с джетами черных дыр. Это открытие не только решает 70-летнюю загадку, но и углубляет понимание экстремальных физических процессов во Вселенной.
