Κοσμικές ακτίνες - σωματίδια που έχουν επιταχυνθεί κοντά στην ταχύτητα του φωτός - ρέουν συνεχώς από τον Ήλιο μας, αν και είναι θετικά αργά σε σύγκριση με αυτά που ονομάζονται Κοσμικές Ακτίνες Υψηλής Ενέργειας (UHECRs). Αυτοί οι τύποι κοσμικών ακτίνων προέρχονται από πηγές έξω από το Ηλιακό Σύστημα, και είναι πολύ πιο ενεργητικοί από αυτούς του Ήλιου μας, αν και επίσης πολύ πιο σπάνιες. Η συγχώνευση ανάμεσα σε έναν λευκό νάνο και ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα μπορεί να είναι μια πηγή αυτών των ακτίνων και τέτοιες συγχωνεύσεις μπορεί να συμβούν αρκετά συχνά ώστε να είναι η πιο σημαντική πηγή αυτών των ενεργητικών σωματιδίων.
Η έρευνα Mining Survey White Slow White dwArf (SWARMS) - η οποία αποτελεί μέρος της έρευνας Sloan Digital Sky - πρόσφατα αποκάλυψε ένα δυαδικό σύστημα εξωτικών αντικειμένων, μόλις 50 parsecs μακριά από το ηλιακό σύστημα. Αυτό το σύστημα, που ονομάζεται SDSS 1257 + 5428, φαίνεται να είναι ένα αστέρι λευκού νάνου που περιστρέφεται γύρω από ένα αστέρι νετρονίων ή μια μαύρη τρύπα χαμηλής μάζας. Λεπτομέρειες σχετικά με το σύστημα και την αρχική ανακάλυψή του μπορείτε να βρείτε σε ένα έγγραφο των Carles Badenes, et al. εδώ.
Ο συν-συγγραφέας Todd Thompson, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Αστρονομίας στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο, υποστηρίζει σε πρόσφατη επιστολή του προς Η Αστροφυσική Εφημερίδα Γράμματα ότι αυτός ο τύπος συστήματος, και η επακόλουθη συγχώνευση αυτών των εξωτικών υπολειμμάτων αστεριών, μπορεί να είναι συνηθισμένο και θα μπορούσε να αντιπροσωπεύει το ποσό των UHECR που παρατηρούνται επί του παρόντος. Η συγχώνευση μεταξύ του λευκού νάνου και του αστεριού νετρονίων ή της μαύρης τρύπας μπορεί επίσης να δημιουργήσει μια μαύρη τρύπα χαμηλής μάζας, μια λεγόμενη «μωρό» μαύρη τρύπα.
Ο Thompson έγραψε σε μια συνέντευξη μέσω email:
«Τα αστέρια λευκού νάνου / νετρονίου ή τα δυαδικά μαύρα τρύπα πιστεύεται ότι είναι αρκετά σπάνια, αν και υπάρχει ένα τεράστιο εύρος στον αριθμό ανά γαλαξία που θυμίζει Γαλαξία». Το SWARMS ήταν ο πρώτος που ανίχνευσε ένα τέτοιο σύστημα χρησιμοποιώντας την τεχνική «ακτινική ταχύτητα» και ο πρώτος που βρήκε ένα τέτοιο αντικείμενο τόσο κοντά, μόλις 50 parsecs μακριά (περίπου 170 έτη φωτός). Για αυτόν τον λόγο, ήταν πολύ εκπληκτικό, και η σχετική εγγύτητά του είναι αυτό που μας επέτρεψε να κάνουμε το επιχείρημα ότι αυτά τα συστήματα πρέπει να είναι αρκετά κοινά σε σύγκριση με τις περισσότερες προηγούμενες προσδοκίες. Το SWARMS θα έπρεπε να είναι πολύ τυχερό να δει κάτι τόσο σπάνιο τόσο κοντά. "
Thompson, et αϊ. υποστηρίζουν ότι αυτός ο τύπος συγχώνευσης μπορεί να είναι η πιο σημαντική πηγή UHECR στον γαλαξία του Γαλαξία και ότι θα πρέπει να συγχωνεύεται στον γαλαξία κάθε 2.000 χρόνια. Αυτοί οι τύποι συγχωνεύσεων μπορεί να είναι ελαφρώς λιγότερο συνηθισμένοι από τους Supernova τύπου Ia, οι οποίοι προέρχονται από δυαδικά συστήματα λευκών νάνων.
Ένας λευκός νάνος που συγχωνεύεται με ένα αστέρι νετρονίων θα δημιουργούσε επίσης μια μαύρη τρύπα χαμηλής μάζας περίπου 3 φορές τη μάζα του Ήλιου. Ο Τόμπσον είπε, «Στην πραγματικότητα, αυτό το σενάριο είναι πιθανό αφού πιστεύουμε ότι τα αστέρια νετρονίων δεν μπορούν να υπάρχουν πάνω από 2-3 φορές τη μάζα του Ήλιου. Η ιδέα είναι ότι το WD θα διαταραχθεί και θα συσσωρευτεί στο αστέρι νετρονίων και στη συνέχεια το αστέρι νετρονίων θα καταρρεύσει σε μια μαύρη τρύπα. Σε αυτήν την περίπτωση, μπορεί να δούμε το σήμα του σχηματισμού BH στα κύματα βαρύτητας. "
Τα κύματα βαρύτητας που παράγονται σε μια τέτοια συγχώνευση θα είναι πάνω από το ανιχνεύσιμο εύρος από το Παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων Laser Interferometer (LIGO). Παρατηρητήριο βαρυτικών κυμάτων με διαστήματα βάσης, Διαστημική κεραία Laser Interferometer της NASA, LISA.
Οι κοινές κοσμικές ακτίνες που προέρχονται από τον Ήλιο μας έχουν ενέργεια στην κλίμακα 10 ^ 7 έως 10 ^ 10 ηλεκτρονίων-βολτ. Οι κοσμικές ακτίνες εξαιρετικά υψηλής ενέργειας είναι ένα σπάνιο φαινόμενο, αλλά υπερβαίνουν τα 10 ^ 20 ηλεκτρονικά-βολτ. Πώς συστήματα όπως το SDSS 1257 + 5428 παράγουν κοσμικές ακτίνες τόσο υψηλής ενέργειας; Ο Thompson εξήγησε ότι υπάρχουν δύο εξίσου συναρπαστικές δυνατότητες.
Στην πρώτη, ο σχηματισμός μιας μαύρης τρύπας και ο επακόλουθος δίσκος συσσώρευσης από τη συγχώνευση θα δημιουργούσαν ένα αεριωθούμενο αεροπλάνο σαν αυτό που φαίνεται στο κέντρο των γαλαξιών, το ενδεικτικό σημάδι ενός κβάζαρ. Αν και αυτά τα αεριωθούμενα αεροπλάνα θα ήταν πολύ, πολύ μικρότερα, τα κρουστικά κύματα στο μπροστινό μέρος του αεροσκάφους θα επιταχύνουν τα σωματίδια στις απαραίτητες ενέργειες για τη δημιουργία UHECRs, είπε ο Thompson.
Στο δεύτερο σενάριο, το αστέρι νετρονίων κλέβει την ύλη από τον σύντροφο του λευκού νάνου και αυτή η αύξηση αρχίζει να περιστρέφεται γρήγορα. Οι μαγνητικές τάσεις που δημιουργούνται στην επιφάνεια του άστρου νετρονίων, ή «μαγνητάρ», θα μπορούσαν να επιταχύνουν τυχόν σωματίδια που αλληλεπιδρούν με το έντονο μαγνητικό πεδίο σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες.
Η δημιουργία αυτών των κοσμικών ακτίνων εξαιρετικά υψηλής ενέργειας από τέτοια συστήματα είναι εξαιρετικά θεωρητική και το πόσο κοινό μπορεί να είναι στον γαλαξία μας είναι μόνο μια εκτίμηση. Παραμένει ασαφές τόσο σύντομα μετά την ανακάλυψη του SDSS 1257 + 5428 εάν το συνοδευτικό αντικείμενο του λευκού νάνου είναι μια μαύρη τρύπα ή ένα αστέρι νετρονίων. Αλλά το γεγονός ότι η SWARMS έκανε μια τέτοια ανακάλυψη τόσο νωρίς στην έρευνα είναι ενθαρρυντική για την ανακάλυψη περαιτέρω εξωτικών δυαδικών συστημάτων.
«Δεν είναι πιθανό ότι το SWARMS θα δει 10 ή 100 περισσότερα τέτοια συστήματα. Εάν συνέβαινε, το ποσοστό τέτοιων συγχωνεύσεων θα ήταν πολύ (αδικαιολόγητα) υψηλό. Τούτου λεχθέντος, έχουμε εκπλαγεί πολλές φορές πριν. Ωστόσο, δεδομένης της συνολικής έκτασης του ουρανού που ερευνήθηκε, εάν η εκτίμησή μας για το ποσοστό τέτοιων συγχωνεύσεων είναι σωστή, το SWARMS θα πρέπει να βλέπει μόνο περίπου 1 ακόμη τέτοιο σύστημα και μπορεί να μην δει κανένα. Μια παρόμοια έρευνα στο νότιο ουρανό (δεν υπάρχει προς το παρόν τίποτα συγκρίσιμο με το Sloan Digital Sky Survey, στο οποίο βασίζεται το SWARMS) θα πρέπει να εμφανίσει περίπου 1 τέτοιο σύστημα », δήλωσε ο Thompson.
Έχουν ήδη πραγματοποιηθεί παρατηρήσεις του SDSS 1257 + 5428 χρησιμοποιώντας το παρατηρητήριο Swift X-ray και έχουν πραγματοποιηθεί ορισμένες μετρήσεις στο ραδιοφάσμα. Δεν εντοπίστηκε καμία πηγή ακτίνων γάμμα στη θέση του συστήματος χρησιμοποιώντας το τηλεσκόπιο Fermi.
Ο Τόμπσον είπε, «Πιθανώς η πιο σημαντική επικείμενη παρατήρηση του συστήματος είναι να αποκτήσετε μια πραγματική απόσταση μέσω της παράλλαξης. Αυτήν τη στιγμή, η απόσταση βασίζεται στις ιδιότητες του παρατηρούμενου λευκού νάνου. Κατ 'αρχήν,
Θα πρέπει να είναι σχετικά εύκολο να παρακολουθεί κανείς το σύστημα τον επόμενο χρόνο και να έχει μια απόσταση παράλλαξης, η οποία θα ανακουφίσει πολλές από τις αβεβαιότητες που περιβάλλουν τις φυσικές ιδιότητες του λευκού νάνου. "
Πηγή: Arxiv, συνέντευξη μέσω email με τον Todd Thompson
