Kosmiset säteet - hiukkaset, jotka on kiihdytetty melkein valonopeuteen - virtaavat aurinkoomme jatkuvasti, vaikkakin ne ovat positiivisesti hitaita verrattuna niin kutsuttuihin ultra-korkeaenergisisiin kosmisiin säteisiin (UHECR). Tämäntyyppiset kosmiset säteet ovat peräisin aurinkokunnan ulkopuolisista lähteistä ja ovat paljon energisempiä kuin aurinkoomme lähteet, vaikkakin myös paljon harvinaisempia. Valkoisen kääpiön ja neutronitähden tai mustan aukon yhdistyminen voi olla yksi näiden säteiden lähde, ja sellaisia sulautumisia voi tapahtua tarpeeksi usein, jotta ne olisivat näiden energisten hiukkasten merkittävin lähde.
Sloan White dwArf -radiaalinopeustietojen kaivostutkimus (SWARMS) - joka on osa Sloan Digital Sky -kyselyä - paljasti äskettäin eksoottisten esineiden binaarijärjestelmän, joka on vain 50 parsin päässä aurinkokunnasta. Tämä järjestelmä, nimeltään SDSS 1257 + 5428, näyttää olevan valkoinen kääpiötähti, joka kiertää neutronitähteä tai pienimassan mustaa reikää. Yksityiskohdat järjestelmästä ja sen alkuperäisestä löytöstä löytyvät Carles Badenesin et al. tässä.
Yhteiskirjailija Todd Thompson, Ohion osavaltion yliopiston tähtitieteen laitoksen apulaisprofessori, väittää äskettäisessä kirjeessä The Astrophysical Journal Letters että tämäntyyppinen järjestelmä ja myöhempi näiden eksoottisten tähteiden jäännösten yhdistäminen voi olla yleistä, ja se voisi ottaa huomioon tällä hetkellä havaittujen UHECR-määrien määrän. Valkoisen kääpiön ja neutronitähden tai mustan aukon yhdistyminen voi myös luoda pienen massan mustan aukon, ns. Vauva-mustan aukon.
Thompson kirjoitti sähköpostihaastattelussa:
”Valkoisen kääpiö / neutronitähden tai mustan aukon binaarien ajatellaan olevan melko harvinaisia, vaikkakin kirjallisuudessa niiden lukumäärä Linnunradan tapaisella galaksilla on valtava. SWARMS havaitsi ensimmäisenä tällaisen järjestelmän radiaalinopeuden tekniikan avulla, ja ensimmäinen löysi tällaisen esineen niin lähellä, vain 50 parsenkin päässä (noin 170 valovuotta). Tästä syystä se oli erittäin yllättävää, ja sen suhteellinen läheisyys on se, mikä antoi meille mahdollisuuden väittää, että näiden järjestelmien on oltava melko yleisiä verrattuna useimpiin aiempiin odotuksiin. SWARMSin olisi pitänyt olla erittäin onnekas nähdä jotain niin harvinaista niin lähellä. ”
Thompson, et ai. väittävät, että tämäntyyppinen fuusio saattaa olla merkittävin UHECR-lähteiden lähde Linnunradan galaksissa, ja että sen pitäisi sulautua galaksiin noin joka 2000 vuotta. Tämäntyyppiset yhdistymiset voivat olla hiukan vähemmän yleisiä kuin tyypin Ia supernovat, jotka ovat peräisin valkoisten kääpiöiden binaarijärjestelmistä.
Valkoinen kääpiö, joka sulautuu neutronitähtiin, aiheuttaisi myös pienimassan mustan aukon, joka on noin 3-kertainen auringon massaan nähden. Thompson sanoi: ”Itse asiassa tämä skenaario on todennäköinen, koska uskomme, että neutronitähdet eivät voi olla yli 2–3-kertaisia auringon massaan nähden. Ajatuksena on, että WD hajoaa ja akrytoituu neutronitähteen ja sitten neutronitähti romahtaa mustaan reikään. Tässä tapauksessa saatamme nähdä signaalin BH: n muodostumisesta painovoima-aalloissa. ”
Tällaisessa sulautumisessa syntyvät painovoima-aallot olisivat havaittavissa olevan alueen yläpuolella Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -laitteella, joka käyttää lasereita painovoima-aaltojen havaitsemiseksi (joista yhtään ei ole vielä havaittu ...), ja jopa mahdollisesti välimatkan päässä sijaitseva gravitaatioaalto-observatorio, NASA: n laserinterferometrian avaruusantenni, LISA.
Auringostamme tulevien tavallisten kosmisten säteiden energia on asteikolla 10 ^ 7 - 10 ^ 10 elektronvolttia. Erittäin korkeaenergiset kosmiset säteet ovat harvinaisia ilmiöitä, mutta ne ylittävät 10 ^ 20 elektronivoltta. Kuinka SDSS 1257 + 5428: n kaltaiset järjestelmät tuottavat niin korkean energian kosmisia säteitä? Thompson selitti, että on olemassa kaksi yhtä kiehtovaa mahdollisuutta.
Ensimmäisessä muodostetaan sulautumasta musta aukko ja sitä seuraava lisäyslevy, mikä tuottaa jonkin verran suihkua, jota nähdään galaksien keskustassa, kvaasarin ilmaisin. Vaikka nämä suihkut olisivat paljon, paljon pienempiä, suihkun edessä olevat aaltoaallot kiihdyttävät hiukkasia tarvittaviin energioihin UHECR: ien luomiseksi, Thompson sanoi.
Toisessa skenaariossa neutronitähti varastaa aineen pois valkoisen kääpiön seuralaisesta, ja tämä lisäys aloittaa sen pyörimisen nopeasti. Magneettiset jännitykset, jotka rakentuvat neutronitähteen tai "magneettimäärän" pinnalle, pystyisivät kiihdyttämään hiukkaset, jotka ovat vuorovaikutuksessa voimakkaan magneettikentän kanssa, ultrakorkeisiin energioihin.
Näiden erittäin korkeaenergisten kosmisten säteiden luominen sellaisilla järjestelmillä on erittäin teoreettista, ja se, kuinka yleisiä ne voivat olla galaksissamme, on vain arvio. Pian SDSS 1257 + 5428: n löytön jälkeen on epäselvää, onko valkoisen kääpiön seurakohteena musta aukko vai neutronitähti. Mutta se, että SWARMS teki tällaisen löytön niin varhaisessa vaiheessa tutkimusta, rohkaisee etsimään uusia eksoottisia binaarijärjestelmiä.
”Ei ole todennäköistä, että SWARMS näkee vielä 10 tai 100 tällaista järjestelmää. Jos se tapahtuisi, tällaisten sulautumisten määrä olisi erittäin (epätodennäköisesti) korkea. Olemme kuitenkin yllättyneitä monta kertaa aikaisemmin. Ottaen kuitenkin huomioon tutkitun taivaan kokonaispinta-alan, jos arviomme tällaisten sulautumisten määrästä on oikein, SWARMS: n pitäisi nähdä vain noin yksi tällainen järjestelmä, ja ne eivät ehkä näe yhtään. Samanlaisen tutkimuksen eteläisellä taivaalla (jota ei tällä hetkellä ole verrattavissa Sloan Digital Sky Survey -yritykseen, johon SWARMS perustuu) tulisi tuottaa noin yksi tällainen järjestelmä ”, Thompson sanoi.
SDSS 1257 + 5428: n havainnot on jo tehty Swift-röntgen-observatorion avulla, ja jotkut mittaukset on suoritettu radiospektrissä. Fermi-teleskooppia käyttävän järjestelmän sijainnista ei löytynyt gammasäteiden lähdettä.
Thompson sanoi: ”Luultavasti tärkein tulevaisuuden havainto järjestelmälle on saada oikea etäisyys parallaksin avulla. Tällä hetkellä etäisyys perustuu havaitun valkoisen kääpiön ominaisuuksiin. Periaatteessa,
järjestelmän pitäisi olla suhteellisen helppo seurata seuraavan vuoden aikana ja saada rinnakkaisetäisyys, joka lievittää monia valkoisen kääpiön fysikaalisiin ominaisuuksiin liittyviä epävarmuustekijöitä. "
Lähde: Arxiv, sähköpostihaastattelu Todd Thompsonin kanssa
