Promienie kosmiczne - cząstki, które zostały przyspieszone do prędkości zbliżonej do prędkości światła - cały czas wypływają z naszego Słońca, choć są one bardzo powolne w porównaniu z tak zwanymi promieniami kosmicznymi o ultra wysokiej energii (UHECR). Tego rodzaju promienie kosmiczne pochodzą ze źródeł poza Układem Słonecznym i są znacznie bardziej energetyczne niż te z naszego Słońca, choć również znacznie rzadsze. Połączenie białego karła z gwiazdą neutronową lub czarną dziurą może być jednym źródłem tych promieni, a takie połączenia mogą występować wystarczająco często, aby być najbardziej znaczącym źródłem tych cząstek energetycznych.
Sloan White dwArf Badanie prędkości radialnej Mining Survey (SWARMS) - która jest częścią Sloan Digital Sky Survey - niedawno odkryło układ podwójny egzotycznych obiektów zaledwie 50 parseków od Układu Słonecznego. System ten, nazwany SDSS 1257 + 5428, wydaje się być białą karłem, krążącą wokół gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury o niskiej masie. Szczegóły na temat systemu i jego początkowego odkrycia można znaleźć w artykule Carlesa Badenesa i in. tutaj.
Współautor Todd Thompson, adiunkt w Departamencie Astronomii na Ohio State University, argumentuje w ostatnim liście do The Astrophysical Journal Letters że ten typ układu, a następnie połączenie tych egzotycznych resztek gwiazd, może być powszechne i może uwzględniać ilość obecnie obserwowanych UHECR. Połączenie białego karła z gwiazdą neutronową lub czarną dziurą może również stworzyć czarną dziurę o niskiej masie, tak zwaną czarną dziurę „dziecka”.
Thompson napisał w wywiadzie e-mail:
„Uważa się, że układy podwójne białego karła / gwiazdy neutronowej lub czarnej dziury są dość rzadkie, chociaż w literaturze istnieje ogromny zakres liczby galaktyk podobnych do Drogi Mlecznej. SWARMS jako pierwszy wykrył taki system za pomocą techniki „prędkości radialnej”, a jako pierwszy znalazł taki obiekt tak blisko, zaledwie 50 parseków (około 170 lat świetlnych). Z tego powodu było to bardzo zaskakujące, a jego względna bliskość pozwoliła nam wysunąć argument, że systemy te muszą być dość powszechne w porównaniu z większością wcześniejszych oczekiwań. SWARMS musiałby mieć wielkie szczęście, widząc coś tak rzadkiego w pobliżu.
Thompson i in. argumentują, że ten rodzaj fuzji może być najważniejszym źródłem UHECR w galaktyce Drogi Mlecznej i że należy łączyć się w galaktyce co około 2000 lat. Tego rodzaju fuzje mogą być nieco mniej powszechne niż supernowe typu Ia, które powstają w układach podwójnych białych karłów.
Biały karzeł łączący się z gwiazdą neutronową również stworzyłby czarną dziurę o niskiej masie około 3 razy większej niż masa Słońca. Thompson powiedział: „W rzeczywistości ten scenariusz jest prawdopodobny, ponieważ uważamy, że gwiazdy neutronowe nie mogą istnieć powyżej 2-3 razy większej niż masa Słońca. Chodzi o to, że WD zostałaby zakłócona i osadziłaby się na gwiazdy neutronowej, a następnie gwiazda neutronowa zapadłaby się w czarną dziurę. W tym przypadku możemy zobaczyć sygnał powstawania BH w falach grawitacyjnych. ”
Fale grawitacyjne wytwarzane w takim połączeniu byłyby powyżej wykrywalnego zakresu przez laserowe interferometryczne obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO), przyrząd, który wykorzystuje lasery do wykrywania fal grawitacyjnych (których jeszcze nie wykryto… jeszcze), a nawet być może bazowe obserwatorium fal grawitacyjnych w przestrzeni kosmicznej, laserowa interferometr kosmiczny NASA, LISA.
Wspólne promienie kosmiczne pochodzące z naszego Słońca mają energię w skali od 10 ^ 7 do 10 ^ 10 elektronowoltów. Promienie kosmiczne o ultra wysokiej energii są rzadkim zjawiskiem, ale przekraczają 10 ^ 20 elektronowoltów. W jaki sposób systemy takie jak SDSS 1257 + 5428 wytwarzają promienie kosmiczne o tak wysokiej energii? Thompson wyjaśnił, że istnieją dwie równie fascynujące możliwości.
W pierwszym uformowanie się czarnej dziury, a następnie dysku akrecyjnego z połączenia, wygenerowałby strumień podobny do tych widocznych w centrum galaktyk, charakterystycznego znaku kwazara. Chociaż te strumienie byłyby znacznie, znacznie mniejsze, fale uderzeniowe z przodu strumienia przyspieszyłyby cząstki do energii niezbędnej do wytworzenia UHECR, powiedział Thompson.
W drugim scenariuszu gwiazda neutronowa kradnie materię towarzyszącemu towarzyszowi białego karła, a akrecja ta zaczyna szybko się obracać. Naprężenia magnetyczne, które powstają na powierzchni gwiazdy neutronowej, czyli „magnetaru”, byłyby w stanie przyspieszyć wszelkie cząstki, które oddziałują z intensywnym polem magnetycznym na ultra-wysokie energie.
Tworzenie tych ultra-wysokoenergetycznych promieni kosmicznych przez takie systemy jest wysoce teoretyczne, a to, jak powszechne mogą być one w naszej galaktyce, jest jedynie szacunkiem. Wkrótce po odkryciu SDSS 1257 + 5428 pozostaje niejasne, czy obiekt towarzyszący białego karła jest czarną dziurą czy gwiazdą neutronową. Ale fakt, że SWARMS dokonał takiego odkrycia na tak wczesnym etapie badania, jest zachęcający do odkrycia dalszych egzotycznych systemów binarnych.
„Jest mało prawdopodobne, aby SWARMS zobaczył 10 lub 100 kolejnych takich systemów. Gdyby tak się stało, wskaźnik takich fuzji byłby (nieprawdopodobnie) wysoki. To powiedziawszy, byliśmy zaskoczeni wiele razy wcześniej. Biorąc jednak pod uwagę całkowity obszar badanego nieba, jeśli nasze oszacowanie częstości takich fuzji jest prawidłowe, SWARMS powinien zobaczyć tylko około 1 takiego więcej systemu, i może ich nie zobaczyć. Podobne badanie na południowym niebie (obecnie nie ma nic porównywalnego z Sloan Digital Sky Survey, na którym oparty jest SWARMS), powinno ujawnić około 1 takiego systemu ”, powiedział Thompson.
Obserwacje SDSS 1257 + 5428 zostały już wykonane przy użyciu obserwatorium rentgenowskiego Swift, a niektóre pomiary zostały wykonane w widmie radiowym. W lokalizacji układu za pomocą teleskopu Fermi nie znaleziono źródła promieniowania gamma.
Thompson powiedział: „Prawdopodobnie najważniejszą nadchodzącą obserwacją systemu jest uzyskanie prawdziwej odległości przez paralaksę. W tej chwili odległość zależy od właściwości obserwowanego białego karła. Zasadniczo,
w ciągu następnego roku powinno być stosunkowo łatwo obserwować system i uzyskać odległość paralaksy, co złagodzi wiele niepewności dotyczących fizycznych właściwości białego karła ”.
Źródło: Arxiv, wywiad e-mailowy z Toddem Thompsonem
