微類星體已成為銀河系中最強烈的粒子引擎。

自從近 70 年前首次發現以來，這種急劇下降的原因一直是個謎。研究人員長期以來一直懷疑這一特徵反映了宇宙射線源所能達到的最大能量。這導致頻譜從一種冪律行為轉變為另一種冪律行為。

微類星體成為“膝蓋”的起源

兩項新研究 – 發表於 國家科學評論 和 科學佈告欄 ——現在指出由黑洞吸積驅動的小型類星體是一個關鍵的解釋。這些研究表明，這些緊湊的系統在銀河系內充當著極其強大的粒子加速器。並能產生與“膝蓋”相關的能量。這一發現還加深了對黑洞系統如何驅動極端物理過程的科學理解。

研究團隊包括來自中國科學院高能物理研究所、南京大學、中國科學院中國科技大學、羅馬拉薩皮恩扎大學的科學家。以及許多其他機構

LHAASO 探測到五個微類星體的超高能量排放。

雙星系統中的黑洞從伴星中吸收物質。這會產生相對論噴流，將這些系統轉化為LHAASO，目前已檢測到來自五個此類物體的超高能伽馬射線：SS 433、V4641 Sgr、GRS 1915+105、MAXI J1820+070 和 Cygnus X-1。這標誌著首次在如此高的能量下系統地觀察到這些來源。

最引人注目的結果之一來自 SS 433，其中檢測到的伽馬射線疊加在巨大的原子云上。這清楚地表明黑洞加速了高能質子，這些質子與周圍的物質發生碰撞。 SS 433 中質子的能量超過 1 PeV，總功率約為每秒 1,032 焦耳，這一水平相當於 4 萬億顆最強大的氫彈每秒釋放的能量。另一個微類星體V4641 Sgr產生了高達0.8 PeV的伽馬射線，這表明它是另一個“超級PeV加速器”，這些伽馬射線背後的源粒子具有大於10 PeV的能量。

這些觀測結果證實，微類星體可以將整個銀河系的粒子加速到 PeV 水平。這解決了宇宙射線研究中長期存在的緊張局勢。儘管已知超新星遺跡會產生宇宙射線，但數據和理論都表明它們無法解釋在膝蓋及以上看到的能量。

LHAASO 測量以前被認為無法區分的質子能量。

了解全貌需要準確測量不同類型宇宙射線的能譜及其“膝蓋”。測量質子（最輕的原子核）的光譜是第一步也是最重要的一步。但處於“膝蓋”能量範圍的質子非常罕見。而且衛星探測器的覆蓋範圍有限。這使得此類觀察尤其具有挑戰性。地面方法會引起大氣擾動。這在過去幾乎不可能區分質子和較重的原子核。

LHAASO 開發了一種使用先進宇宙射線探測器的多參數分析技術。這使得研究人員能夠在統計上識別大量高純度質子樣本。這樣可以精確測量功率譜，其精度可與衛星儀器的精度相媲美。結果揭示了意想不到的結構。相反，冪律行為之間存在平滑過渡。質子譜有不同的新“高能元素”

幾個粒子加速器創造了銀河系的粒子環境。

結合低能AMS-02衛星的質子數據和暗物質粒子探測器（DAMPE）的中能測量結果，結果表明銀河係有許多不同類型的加速器。每個人都有自己特有的能量極限。 “拐點”是指從產生新指定的高能成分的源接收到的最大功率。

質子譜的複雜結構表明，PeV宇宙射線主要由微類星體等“新源”產生，它們可以將粒子加速到比超新星遺跡高得多的能量，這種能力使它們能夠產生負責“膝蓋”的粒子和完全伸出的粒​​​​子。

黑洞噴射系統直接與宇宙射線“膝蓋”相連

這些發現給出了一個連貫的解釋。他們解決了長期爭議的“膝關節”起源，並為黑洞系統在產生宇宙射線中的作用提供了令人信服的觀測證據。

LHAASO 的混合探測器陣列能夠探測來自宇宙加速器的高能伽馬射線。以及精確測量到達近地空間的宇宙射線。這種雙重功能為天文源的加速極限及其貢獻的光譜特性提供了新的見解。科學家們第一次能夠將“膝蓋”直接連接到特定類型的物體上。這是黑洞噴射系統

由中國科學家設計、建造和運營的LHAASO已成為高能宇宙線研究領域的世界領先者。這是由於其在伽馬射線天文學和精確的宇宙射線測量中的卓越靈敏度。它的成功繼續擴大我們對宇宙最劇烈過程的理解。