Mikrokwaźary jako źródła najpotężniejszych promieni kosmicznych w Drodze Mlecznej, sugerują badania LHAASO

Pochodzenie promieni kosmicznych, jedno z fundamentalnych nierozwiązanych zagadnień astrofizyki, zyskuje nowe perspektywy dzięki analizom przeprowadzonym przez naukowców z Obserwatorium LHAASO. Obserwatorium to, zlokalizowane w Daocheng, w Tybetańskiej Prefekturze Autonomicznej Garzê w chińskiej prowincji Syczuan, na wysokości 4410 metrów nad poziomem morza, dostarcza danych kluczowych dla identyfikacji mechanizmów generujących te wysokoenergetyczne cząstki. Badania te sugerują, że mikrokwaźary, czyli układy składające się z czarnych dziur i towarzyszących im gwiazd, pełnią rolę potężnych akceleratorów cząstek w Drodze Mlecznej.

Najnowsze ustalenia wskazują, że mikrokwaźary, powstające w wyniku akrecji materii od gwiazd towarzyszących przez czarne dziury i emisji dżetów relatywistycznych, są prawdopodobnymi źródłami tak zwanego „kolana” w widmie promieniowania kosmicznego, które jest obserwowane w okolicach energii 3 PeV. Obserwatorium LHAASO, którego budowę zatwierdzono pod koniec 2015 roku, a obserwacje rozpoczęto w kwietniu 2019 roku, jest kluczowym instrumentem w tej dziedzinie. Jego rozległy obszar, wynoszący około 145 hektarów, oraz zaawansowane detektory, w tym WCDA (Water Cherenkov Detector Array), umożliwiają precyzyjne pomiary widm energetycznych różnych rodzajów promieni kosmicznych.

Przełomowe dane uzyskano dzięki systematycznemu wykrywaniu promieniowania gamma o ultra-wysokiej energii pochodzącego z pięciu zidentyfikowanych mikrokwaźarów. Analiza mikrokwaźara SS 433 wykazała, że energia protonów w tym układzie przekracza 1 PeV. W innym przypadku, energia promieniowania gamma z mikrokwaźara V4641 Sgr osiągnęła 0,8 PeV, co implikuje, że cząstki macierzyste musiały posiadać energie przekraczające 10 PeV. Obserwacje te, w tym detekcja fotonów o energiach powyżej 1 PeV w strukturze w rejonie gwiazdotwórczym Cygnus, z najwyższą zmierzoną wartością 2,5 PeV, wzmacniają hipotezę o roli tych obiektów jako akceleratorów.

Wcześniejsze doniesienia z lutego 2024 roku dotyczyły odkrycia gigantycznej bańki promieniowania gamma o ultra-wysokiej energii w rejonie Cygnusa. Promieniowanie kosmiczne, strumienie wysokoenergetycznych cząstek, głównie protonów, dociera do Ziemi z kosmosu, a jego pochodzenie pozostaje zagadką od czasu odkrycia przez V.F. Hessa w 1912 roku. Ponieważ promieniowanie to jest naładowane, jego tor lotu jest zakrzywiany przez międzygwiazdowe pole magnetyczne Drogi Mlecznej, co utrudnia bezpośrednią identyfikację źródeł. Detekcja promieniowania gamma, które porusza się po liniach prostych, stanowi zatem metodę pozwalającą na namierzenie akceleratorów, takich jak te zidentyfikowane przez LHAASO.

Zaangażowanie w projekt LHAASO, którego całkowity koszt szacowano na 1,2 miliarda juanów, obejmuje naukowców z Chińskiej Akademii Nauk (CAS), Uniwersytetu Nankińskiego oraz Uniwersytetu Nauki i Technologii Chin. Główny badacz LHAASO, akademik CAS Cao Zhen, podsumował, że te badania nie tylko ujawniają mechanizmy stojące za pochodzeniem promieni kosmicznych, ale także pogłębiają wiedzę o ekstremalnych procesach fizycznych zachodzących w układach czarnych dziur. Ustalenie, że mikrokwaźary są znaczącymi akceleratorami cząstek PeV w Drodze Mlecznej, stanowi istotny postęp w tej dziedzinie badań.