Резкий излом в спектре космических лучей, где поток частиц значительно падает.«Колено» — это резкий излом в спектре космических лучей, на графике зависимости потока частиц от энергии, где число регистрируемых частиц падает гораздо круче, чем при более низких энергиях. На протяжении десятилетий эта особенность оставалась ключевой загадкой астрофизики: она отмечает энергию, при которой в источниках или распространении космических лучей происходит нечто фундаментальное. Колено находится примерно при 10^15 электронвольт (один петаэлектронвольт), и ниже него спектр следует гладкому степенному закону, тогда как выше него поток спадает быстрее.
Колено было открыто в 1958 году итальянским физиком Джузеппе Коккони, который заметил излом в спектре при анализе данных по широким атмосферным ливням. Название «колено» было придумано по аналогии с изгибом ноги.
Считается, что колено возникает из-за комбинации эффектов. Одно из ведущих объяснений состоит в том, что источники космических лучей, вероятно, остатки сверхновых, могут ускорять частицы лишь до определенной максимальной энергии, которая зависит от заряда частицы; более тяжелые ядра достигают больших энергий, поэтому колено представляет собой суперпозицию обрезаний для последовательно более тяжелых элементов. Другой фактор — распространение: когда частицы путешествуют по галактике, их траектории искривляются магнитными полями, а частицы с большей энергией легче покидают галактику, уменьшая их поток у Земли. Точная форма колена, таким образом, содержит информацию как об ускорении, так и о переносе частиц.
Изучение колена помогает калибровать крупные обсерватории космических лучей, такие как обсерватория Пьера Оже, и уточняет модели ускорения частиц в астрофизических ударных волнах.
Недавние измерения показывают, что колено — это не единый резкий излом, а последовательность «лодыжек» и «колен» для разных ядер, при этом ядра железа изгибаются при энергии примерно в десять раз большей, чем протоны.
