Les rayons cosmiques sont des particules qui traversent notre Galaxie à des vitesses énormes. Leur énergie peut être des millions de fois supérieure à celle des particules dans le plus puissant accélérateur terrestre. Mais plus l'énergie est élevée, moins il y a de telles particules : sur le graphique de leur nombre, on observe un coude visible, appelé le genou. Pendant longtemps, on a pensé que toutes les sources de rayons cosmiques avaient la même limite d'énergie — comme si chaque usine ne produisait des marchandises que jusqu'à un certain prix. Mais alors, le genou serait une chute brutale, alors qu'en réalité il est lisse.

Une nouvelle étude propose une autre vision. Les sources sont des restes d'étoiles explosées, et elles ne sont pas identiques : certaines sont plus puissantes, d'autres plus faibles. Si chaque source a sa propre limite d'énergie, ensemble elles donnent une courbure douce. Les auteurs ont montré que la forme du genou dépend de la distribution de ces limites. Par exemple, lorsque les limites suivent une loi log-normale (beaucoup de moyennes, peu de très fortes et de très faibles), le coude est lisse. Et s'il y a une longue traîne de sources très puissantes, après le genou, la pente du graphique ne change presque pas.

Pour vérifier cette idée, les scientifiques ont comparé les calculs avec le spectre mesuré des protons — les particules les plus courantes dans les rayons cosmiques. Il s'est avéré que pour expliquer les données, il faut un groupe de sources avec des limites d'énergie assez proches : un écart d'environ 0,24 sur une échelle logarithmique. C'est moins que ce que l'on attendrait de tous les restes de supernovae de la Galaxie. Cela signifie que le genou n'est pas formé par toute la foule hétéroclite de sources, mais seulement par une partie relativement homogène — celles qui peuvent accélérer les particules jusqu'à des énergies de millions de milliards de volts.

Cette approche élimine la nécessité d'une limite universelle stricte pour tous les restes de supernovae. Au lieu d'une seule frontière commune, il y en a plusieurs, et leur ensemble crée une courbure douce. C'est comme une ville où les gratte-ciel ont des hauteurs différentes : la vue est en escalier, mais de loin elle semble être une ligne continue. Comprendre la forme du genou aide à préciser quelles explosions stellaires contribuent le plus aux rayons cosmiques de haute énergie.