大型高海拔空气簇射观测站（LHAASO）于11月16日发布的里程碑研究成果，最终破解了困扰天体物理学界数十年的谜题：宇宙射线在能量超过3拍电子伏特（PeV）时出现的计数骤降现象——即科学家所称的宇宙射线能谱“膝区”。
这一陡降特征自近70年前首次被发现以来始终成谜。研究人员长期推测，该特征反映了宇宙射线源所能达到的能量上限，标志着能谱从一种幂律行为向另一种转变。
发表于《国家科学评论》和《科学通报》的两项最新研究指出，由黑洞吸积供能的微类星体是最可能的解释。研究表明这些致密系统在银河系内扮演着超高能粒子加速器的角色，能够产生与“膝区”对应的能量。该发现还深化了科学界对黑洞系统驱动极端物理过程的理解。研究团队包括来自中国科学院高能物理研究所、南京大学、中国科学技术大学、罗马第一大学等机构的科学家。
双星系统中的黑洞从伴星汲取物质，形成相对论性喷流，使这些系统转化为“微类星体”。LHAASO目前已探测到五个此类天体发出的超高能伽马射线：SS 433、V4641 Sgr、GRS 1915+105、MAXI J1820+070与Cygnus X-1。这是人类首次系统性地在如此高能段观测到这些辐射源。
最引人注目的发现来自SS 433，其探测到的伽马射线与巨型原子云空间位置重合，强烈表明黑洞正在加速高能质子并与周边物质发生碰撞。SS 433的质子能量超过1拍电子伏特，总功率达约10^32焦耳/秒，相当于四万亿颗最强氢弹每秒释放的能量总和。另一微类星体V4641 Sgr产生的伽马射线达0.8拍电子伏特，使其成为又一个“超拍电子伏特粒子加速器”，其母粒子能量更超过10拍电子伏特。
这些观测证实微类星体具备在整个银河系加速粒子至拍电子伏特级的能力，解决了宇宙射线研究领域的长期争议：虽然超新星遗迹已知能产生宇宙射线，但数据与理论均表明它们无法解释“膝区”及更高能量段的粒子。
要完整理解这一现象，需精确测量不同宇宙射线组分的能谱及其各自“膝区”。质子作为最轻的原子核，其能谱测量是首要关键步骤。然而“膝区”能段的质子极为稀少，卫星探测器覆盖范围有限，使得观测异常困难。地面探测方法又会受到大气干扰，历史上几乎无法区分质子与重原子核。
LHAASO利用其先进的宇宙射线探测设施，开发出多参数分析技术，使研究人员能够获得统计量巨大、纯度极高的质子样本，实现了可与卫星仪器精度媲美的质子能谱测量。结果揭示出意外结构：质子能谱并非平滑的幂律转换，而是存在一个明显的“新高能成分”。
将数据与AMS-02卫星的低能质子数据、“悟空”暗物质粒子探测卫星（DAMPE）的中能段测量结果结合分析表明，银河系中存在多种类型的加速器，各自拥有特征性能量极限。“膝区”正对应着产生新高能成分辐射源的能量上限。
质子能谱的复杂结构暗示，拍电子伏特宇宙射线主要来源于微类星体等“新型辐射源”，它们加速粒子的能力远超超新星遗迹，这不仅能够产生形成“膝区”的粒子，还可生成更高能量的粒子。
这些发现共同构建起自洽的理论体系：既解决了长期争议的“膝区”起源问题，又为黑洞系统产生宇宙射线的作用提供了确凿观测证据。LHAASO的混合探测阵列兼具探测宇宙加速器高能伽马射线与精确测量近地空间宇宙射线的能力，为理解天体物理源的加速极限与能谱特征提供了新视角。科学家首次能够直接将“膝区”与特定天体类别——黑洞喷流系统建立明确关联。
由中国科学家自主设计、建造和运行的LHAASO，凭借其在伽马射线天文学和宇宙射线精确测量领域的卓越灵敏度，已成为高能宇宙射线研究的全球引领者，持续拓展着人类对宇宙极端物理过程的认知边界。
