Razele cosmice - particule care au fost accelerate până aproape de viteza luminii - se revarsă din Soarele nostru tot timpul, deși sunt în mod pozitiv în comparație cu ceea ce se numesc Raze cosmice Ultra-High-Energy (UHECRs). Aceste tipuri de raze cosmice provin din surse din afara Sistemului Solar și sunt mult mai energice decât cele de la Soarele nostru, deși sunt și mai rare. Fuziunea dintre o pitică albă și o stea de neutroni sau gaura neagră poate fi o sursă a acestor raze, iar astfel de fuziuni pot apărea suficient de des pentru a fi sursa cea mai semnificativă a acestor particule energetice.
Sloan White dwArf Radial speed speed Survey Mining (SWARMS) - care face parte din Sloan Digital Sky Survey - a descoperit recent un sistem binar de obiecte exotice la doar 50 de parsecuri distanță de Sistemul Solar. Acest sistem, numit SDSS 1257 + 5428, pare a fi o stea pitică albă care orbitează o stea cu neutroni sau o gaură neagră cu masă mică. Detalii despre sistem și descoperirea sa inițială pot fi găsite într-o lucrare de către Carles Badenes și colab. aici.
Co-autor Todd Thompson, profesor asistent la Departamentul de Astronomie al Universității de Stat din Ohio, susține într-o scrisoare recentă către Jurnalele Astrofizice Scrisori că acest tip de sistem și fuziunea ulterioară a acestor rămășițe exotice de stele pot fi obișnuite și ar putea reprezenta cantitatea de UHECR care sunt observate în prezent. Fuziunea dintre pitica albă și steaua de neutroni sau gaura neagră poate crea, de asemenea, o gaură neagră de masă scăzută, așa-numita gaură neagră „bebeluș”.
Thompson a scris într-un interviu pe email:
„Se consideră că binarele piticii albe / stelele neutronice sau cele cu găuri negre sunt destul de rare, deși există o gamă uriașă în literatura de specialitate pentru galaxia asemănătoare calității lactee. SWARMS a fost primul care a detectat un astfel de sistem folosind tehnica „viteză radială”, și primul care a găsit un astfel de obiect atât de aproape, la doar 50 de distanțe (aproximativ 170 de ani lumină). Din acest motiv, a fost foarte surprinzător, iar apropierea sa relativă este cea care ne-a permis să argumentăm că aceste sisteme trebuie să fie destul de comune în comparație cu majoritatea așteptărilor anterioare. SWARMS ar fi trebuit să fie foarte norocos să vadă ceva atât de rar atât de aproape. ”
Thompson și colab. susțin că acest tip de fuziune poate fi cea mai semnificativă sursă de UHECR în galaxia Calea Lactee și că ar trebui să se unească în galaxie aproximativ la 2.000 de ani. Aceste tipuri de fuziuni pot fi puțin mai puțin frecvente decât supernovele de tip Ia, care provin din sisteme binare de pitici albe.
O pitică albă care fuzionează cu o stea cu neutroni ar crea, de asemenea, o gaură neagră de masă mică de aproximativ 3 ori mai mare decât Soarele. Thompson a spus: „De fapt, acest scenariu este probabil, deoarece credem că stelele neutronice nu pot exista de peste 2-3 ori mai mult decât masa Soarelui. Ideea este că WD-ul ar fi perturbat și accentuat pe steaua neutronului și apoi steaua neutronilor s-ar prăbuși într-o gaură neagră. În acest caz, am putea vedea semnalul formării de BH în undele gravitaționale. "
Undele de gravitație produse într-o astfel de fuziune ar fi peste limita detectabilă de către Observatorul Laser Interferometru Gravitational-Wave (LIGO), un instrument care folosește lasere pentru a detecta unde de gravitație (din care nu a fost detectat niciunul ...) și chiar posibil un Observator de unde gravitaționale de distanță, Antena spațială cu interferometru laser NASA, LISA.
Razele cosmice obișnuite care provin din Soarele nostru au o energie pe scala de 10 ^ 7 până la 10 ^ 10 electroni-volți. Razele cosmice de înaltă energie sunt un fenomen rar, dar acestea depășesc 10 ^ 20 electron-volți. Cum pot produce sisteme precum SDSS 1257 + 5428 raze cosmice cu o energie atât de mare? Thompson a explicat că există două posibilități la fel de fascinante.
În primul, formarea unei găuri negre și a discului ulterior de accentuare din fuziune ar genera un jet oarecum ca cele văzute în centrul galaxiilor, semnul indicativ al unui quasar. Deși aceste jeturi ar fi mult, mult mai mici, undele de șoc din partea anterioară a jetului ar accelera particulele către energiile necesare pentru a crea UHECRs, a spus Thompson.
În cel de-al doilea scenariu, steaua de neutroni fură materia de la tovarășul pitic alb, iar această acreție o începe să se rotească rapid. Stresurile magnetice care se construiesc la suprafața stelei de neutroni, sau „magnetar”, ar putea să accelereze orice particule care interacționează cu câmpul magnetic intens până la energii ultra-înalte.
Crearea acestor raze cosmice cu energie ultra-înaltă de către astfel de sisteme este extrem de teoretică, iar cât de comune ar putea fi în galaxia noastră este doar o estimare. Rămâne neclar, atât de curând după descoperirea SDSS 1257 + 5428, dacă obiectul însoțitor al piticului alb este o gaură neagră sau o stea cu neutroni. Dar faptul că SWARMS a făcut o asemenea descoperire atât de devreme în sondaj este încurajator pentru descoperirea unor sisteme binare exotice suplimentare.
„Nu este probabil ca SWARMS să vadă încă 10 sau 100 de astfel de sisteme. Dacă s-ar întâmpla, rata acestor fuziuni ar fi foarte (în mod evident) mare. Acestea fiind spuse, am fost surprinși de multe ori înainte. Cu toate acestea, având în vedere suprafața totală a cerului cercetat, dacă estimarea noastră a ratei acestor fuziuni este corectă, SWARMS ar trebui să vadă doar aproximativ încă un astfel de sistem și este posibil să nu vadă niciunul. Un sondaj similar în cerul sudic (în prezent nu există nimic comparabil cu Sloan Digital Sky Survey, pe care se bazează SWARMS) ar trebui să creeze aproximativ un astfel de sistem ", a spus Thompson.
Observațiile SDSS 1257 + 5428 au fost deja efectuate cu ajutorul observatorului de raze X Swift și unele măsurători au fost efectuate în spectrul radio. Nu a fost găsită nicio sursă de raze gamma în locația sistemului cu ajutorul telescopului Fermi.
Thompson a spus: „Probabil, cea mai importantă observație viitoare a sistemului este de a obține o distanță reală prin paralax. Momentan, distanța se bazează pe proprietățile piticii albe observate. In principiu,
ar trebui să fie relativ ușor să urmărești sistemul pe parcursul anului următor și să obții o distanță de paralax, ceea ce va atenua multe dintre incertitudinile care înconjoară proprietățile fizice ale piticului alb. ”
Sursa: Arxiv, interviu prin e-mail cu Todd Thompson
