Pendant des décennies, les astrophysiciens ont cherché à comprendre un phénomène énigmatique : une chute soudaine de l’intensité des rayons cosmiques vers 3 PeV. Ce phénomène, surnommé le “genou”, restait inexpliqué. Les supernovae, longtemps considérées comme sources principales, semblaient insuffisantes pour atteindre ces énergies extrêmes. L’observatoire LHAASO apporte maintenant une réponse nouvelle en démontrant que certains trous noirs projettent des jets relativistes capables d’accélérer des particules à ces niveaux énergétiques exceptionnels.
L’observatoire chinois LHAASO a détecté des rayons gamma ultra-énergétiques provenant de cinq microquasars : SS 433, V4641 Sgr, GRS 1915+105, MAXI J1820+070 et Cygnus X-1. Ces systèmes binaires, composés d’un trou noir siphonnant la matière d’une étoile compagne, produisent des jets relativistes. Les observations concernant SS 433 sont particulièrement remarquables, révélant une coïncidence spatiale avec un immense nuage atomique où les protons entrent en collision.
Les données montrent des protons dépassant 1 PeV autour de SS 433, tandis que V4641 Sgr affiche des émissions atteignant 0,8 PeV, impliquant des particules mères dépassant 10 PeV. Ces microquasars repoussent les limites physiques reconnues de la Voie lactée et émergent comme candidats naturels expliquant la composante haute énergie des rayons cosmiques observés depuis la Terre.
Mesurer précisément le spectre des protons cosmiques constituait un défi majeur. Les détecteurs spatiaux manquent de sensibilité à cette gamme d’énergie, tandis que les mesures au sol subissent des perturbations atmosphériques. LHAASO a développé une méthode multiparamètre innovante, obtenant pour la première fois une pureté exceptionnelle dans l’isolation des protons, fournissant des mesures au sol comparables à celles des missions spatiales.
Cette analyse révèle une signature inattendue : une nouvelle composante haute énergie au-delà du modèle simple. Au lieu d’une transition directe entre deux lois de puissance, le spectre affiche une structure complexe suggérant que plusieurs sources contribuent au spectre global, certaines bien plus puissantes que les supernovae.
En comparant les résultats LHAASO avec les données de la mission AMS-02 et de DAMPE, un tableau cohérent émerge : la Voie lactée n’obéit pas à un seul accélérateur. Une diversité d’objets impose sa signature énergétique. Le “genou” représente désormais la limite d’accélération des sources haute énergie, particulièrement les microquasars, distingués par leur capacité exceptionnelle.
Les trous noirs se révèlent clairement supérieurs aux supernovae dans leur capacité à propulser les protons à énergies ultimes. Cette observation lie directement une structure spectrale précise à un type d’objet astrophysique. Les chercheurs dévoilent un lien profond entre les trous noirs et l’origine des rayons cosmiques, éclairant la dynamique des phénomènes extrêmes galactiques et résolvant un grand mystère de l’astrophysique moderne.
