Kozmičke zrake - čestice koje su ubrzane do skoro brzine svjetlosti - istječu s našeg Sunca cijelo vrijeme, iako su pozitivno trome u usporedbi s onim što nazivamo Ultra-visokoenergetski kozmički zraci (UHECR). Ove vrste kozmičkih zraka potječu iz izvora izvan Sunčevog sustava i puno su energičnije od onih sa našeg Sunca, mada su i mnogo rjeđi. Spajanje bijelog patuljka i neutronske zvijezde ili crne rupe može biti jedan od izvora tih zraka, a takva spajanja mogu se pojaviti dovoljno često da bi bila najznačajniji izvor ovih energetskih čestica.
Sloan White dwArf radijalni podaci o brzini rudarstva (SWARMS) - koji je dio Sloan Digital Sky Survey - nedavno je otkrio binarni sustav egzotičnih objekata udaljen samo 50 parseksa od Sunčevog sustava. Ovaj sustav, nazvan SDSS 1257 + 5428, čini se da je bijela patuljasta zvijezda koja orbitira oko neutronske zvijezde ili crne rupe male mase. Pojedinosti o sustavu i njegovom početnom otkriću mogu se naći u radu Carlesa Badenesa i sur. ovdje.
Koautor Todd Thompson, docent na Odjelu za astronomiju na Sveučilištu Ohio State, tvrdi u nedavnom pismu Astrofizički časopis Pisma da ova vrsta sustava i kasnije spajanje tih egzotičnih ostataka zvijezda mogu biti uobičajeni i mogu objasniti količinu UHECR-a koji se trenutno promatraju. Spajanje bijelog patuljka i neutronske zvijezde ili crne rupe također može stvoriti crnu rupu male mase, takozvanu "dječju" crnu rupu.
Thompson je u intervjuu za e-poštu napisao:
"Smatra se da su binarni patuljci / neutronske zvijezde ili crne rupe prilično rijetki, mada u literaturi postoji ogroman raspon u broju galaksija sličnih Mliječnom putu. SWARMS je bio prvi koji je otkrio takav sustav tehnikom „radijalne brzine“, a prvi je pronašao takav objekt u blizini, udaljen samo 50 parcesa (oko 170 svjetlosnih godina). Iz tog razloga, to je bilo vrlo iznenađujuće, a njegova relativna blizina omogućila nam je argument da ovi sustavi moraju biti prilično uobičajeni u usporedbi s većinom prethodnih očekivanja. SWARMS bi morao biti vrlo sretan da je u blizini vidio nešto tako rijetko. "
Thompson i sur. smatraju da je ova vrsta spajanja možda najznačajniji izvor UHECR-a u galaksiji Mliječni put, te da bi se ta osoba trebala spojiti u galaksiji otprilike svakih 2.000 godina. Te su vrste spajanja možda malo rjeđe od supernova tipa Ia, koje potječu iz binarnih sustava bijelih patuljaka.
Bijeli patuljak koji se stapa s neutronskom zvijezdom također bi stvorio crnu rupu male mase, oko 3 puta veću od mase Sunca. Thompson je rekao, „Zapravo je ovaj scenarij vjerovatno jer mislimo da neutronske zvijezde ne mogu postojati iznad 2-3 puta veće od Sunca. Ideja je da se WD poremeti i nagne na neutronsku zvijezdu, a zatim bi se neutronska zvijezda srušila u crnu rupu. U ovom slučaju bismo mogli vidjeti signal stvaranja BiH u gravitacijskim valovima. "
Gravitacijski valovi proizvedeni takvim spajanjem bili bi iznad raspona otkrivanja Laser Interferometer Gravitacijski-valni opservatorij (LIGO), instrument koji koristi lasere za otkrivanje gravitacijskih valova (od kojih nijedan još nije detektiran ...), pa čak i eventualno razmaknuta osnovna gravitacijska opservatorija, NASA-ina svemirska antena za interferometar, LISA.
Uobičajene kozmičke zrake koje dolaze od našeg Sunca imaju energiju u skali od 10 ^ 7 do 10 ^ 10 elektrona-volta. Ultra-energetske kozmičke zrake su rijetka pojava, ali prelaze 10 ^ 20 elektro-volti. Kako sustavi poput SDSS 1257 + 5428 proizvode kozmičke zrake tako visoke energije? Thompson je objasnio da postoje dvije jednako fascinantne mogućnosti.
U prvom, formiranje crne rupe i naknadni disk za izbacivanje iz spajanja stvorili bi mlaz pomalo nalik onom koji se vidi u središtu galaksija, naznačni znak kvazara. Iako bi ti mlazovi bili puno, puno manji, udarni valovi na prednjem dijelu mlaza ubrzavali bi čestice do potrebne energije za stvaranje UHECR-a, rekao je Thompson.
U drugom scenariju, neutronska zvijezda krade materiju bijelog patuljka, a ovo akumulacija započinje da se brzo okreće. Magnetska naprezanja koja nastaju na površini neutronske zvijezde, ili "magnetara", bila bi u stanju ubrzati sve čestice koje u interakciji s intenzivnim magnetskim poljem dobivaju ultra visoke energije.
Stvaranje ovih ultra-visokoenergetskih kozmičkih zraka po takvim sustavima visoko je teoretsko, a koliko su uobičajene u našoj galaksiji, samo je procjena. Nejasno je kako će ubrzo nakon otkrića SDSS 1257 + 5428 biti pratilac bijelog patuljka crna rupa ili neutronska zvijezda. No činjenica da je SWARMS takvo otkriće učinio tako rano u anketi ohrabruje za otkrivanje daljnjih egzotičnih binarnih sustava.
„Nije vjerojatno da će SWARMS vidjeti 10 ili 100 više takvih sustava. Da je tako, stopa takvih spajanja bila bi vrlo (nevjerojatno) visoka. To je reklo, iznenadili smo se već mnogo puta. Međutim, s obzirom na ukupnu površinu neba koja se ispituje, ako je naša procjena brzine takvih spajanja tačna, SWARMS bi trebao vidjeti samo još oko 1 takav sustav, a oni možda neće vidjeti nijedan. Slična anketa na južnom nebu (trenutno ne postoji ništa što bi se moglo usporediti sa Sloan Digital Sky Survey, na kojem se temelji SWARMS) trebala bi stvoriti otprilike 1 takav sustav “, rekao je Thompson.
Opažanja SDSS 1257 + 5428 već su obavljena korištenjem Swift-ovog rentgenskog opservatorija, a neka mjerenja su izvršena u radio spektru. Na lokaciji sustava pomoću Fermi teleskopa nije pronađen nikakav izvor gama zraka.
Thompson je rekao, „Vjerojatno je najvažnije naredno promatranje sustava postizanje stvarne udaljenosti paralaksom. Trenutno se udaljenost temelji na svojstvima promatranog bijelog patuljka. U principu,
trebalo bi biti relativno lako gledati sustav tijekom sljedeće godine i dobiti udaljenost paralaksa, što će ublažiti mnoge nesigurnosti oko fizičkih svojstava bijelog patuljka. "
Izvor: Arxiv, e-mail intervju s Toddom Thompsonom
