Kosmiske stråler - partikler som har blitt akselerert til nær lysets hastighet - strømmer ut fra solen vår hele tiden, selv om de er positive trege sammenlignet med det som kalles Ultra-High-Energy Cosmic Rays (UHECRs). Disse typene kosmiske stråler stammer fra kilder utenfor solsystemet, og er mye mer energiske enn de fra solen vår, men også mye sjeldnere. Fusjonen mellom en hvit dverg og nøytronstjerne eller svart hull kan være en kilde til disse strålene, og slike sammenslåinger kan ofte oppstå nok til å være den viktigste kilden til disse energiske partiklene.
Sloan White dwArf Radial hastighetsdata Mining Survey (SWARMS) - som er en del av Sloan Digital Sky Survey - avdekket nylig et binært system med eksotiske objekter bare 50 parsec fra solsystemet. Dette systemet, kalt SDSS 1257 + 5428, ser ut til å være en hvit dvergstjerne som går i bane rundt en nøytronstjerne eller svartmasse med lav masse. Detaljer om systemet og dets første oppdagelse finner du i et papir av Carles Badenes, et al. her.
Medforfatter Todd Thompson, adjunkt i Institutt for astronomi ved Ohio State University, argumenterer i et nylige brev til The Astrophysical Journal Letters at denne typen system, og påfølgende fusjon av disse eksotiske restene av stjerner, kan være vanlig, og kan utgjøre mengden UHECR som for tiden er observert. Fusjonen mellom den hvite dvergen og nøytronstjernen eller det svarte hullet kan også skape et svart hull med lav masse, et såkalt "baby" svart hull.
Thompson skrev i et e-postintervju:
“Hvit dverg / nøytronstjerne eller svart hullbinarier er antatt å være ganske sjelden, selv om det er et stort utvalg i antall per melkemasse-lignende galakse i litteraturen. SWARMS var den første som oppdaget et slikt system ved bruk av “radial hastighet” -teknikken, og den første som fant et slikt objekt så nærliggende, bare 50 parsecs unna (ca. 170 lysår). Av denne grunn var det veldig overraskende, og dets relative nærhet er det som gjorde at vi kunne komme med argumentet om at disse systemene må være ganske vanlige sammenlignet med de fleste tidligere forventninger. SWARMS måtte ha vært veldig heldig å se noe så sjeldent så i nærheten. ”
Thompson, et al. hevder at denne typen sammenslåing kan være den viktigste kilden til UHECR i Melkeveis galaksen, og at man bør fusjonere i galaksen omtrent hvert 2.000 år. Disse typer sammenslåinger kan være litt mindre vanlige enn supernovaer av type Ia, som har sin opprinnelse i binære systemer med hvite dverger.
En hvit dverg som fusjonerer med en nøytronstjerne ville også skape et svartmasse med lav masse på omtrent 3 ganger solens masse. Thompson sa: “Faktisk er dette scenariet sannsynligvis siden vi tror at nøytronstjerner ikke kan eksistere over 2-3 ganger solens masse. Ideen er at WD vil bli forstyrret og akkorere seg på nøytronstjernen og deretter ville nøytronstjernen kollapse til et svart hull. I dette tilfellet kan vi se signalet om BH-formasjon i tyngdekraften. "
Tyngdekraften som produseres i en slik fusjon vil være over detekterbare rekkevidden av Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), et instrument som bruker lasere for å oppdage tyngdekraftsbølger (hvorav ingen er blitt oppdaget… ennå), og til og med en avstandsbasert observasjonsorgan for gravitasjonsbølge, NASAs laserinterferometer Space Antenna, LISA.
Vanlige kosmiske stråler som kommer fra solen vår, har en energi på skalaen fra 10 ^ 7 til 10 ^ 10 elektron volt. Kosmiske stråler med høy energi er et sjeldent fenomen, men de overstiger 10 ^ 20 elektron volt. Hvordan produserer systemer som SDSS 1257 + 5428 kosmiske stråler med så høy energi? Thompson forklarte at det er to like fascinerende muligheter.
I det første ville dannelsen av et svart hull og den påfølgende akkresjonsskiven fra sammenslåingen generere en stråle som var lik den midt i galaksen, det tegn på en kvasar. Selv om disse jetflyene ville være mye, mye mindre, ville sjokkbølgene foran på strålen akselerere partikler til de nødvendige energiene for å skape UHECR, sa Thompson.
I det andre scenariet stjeler nøytronstjernen materie fra den hvite dvergkompisen, og denne akkresjonen starter den med å rotere raskt. Magnetspenningene som bygger på overflaten av nøytronstjernen, eller "magnetar", ville være i stand til å akselerere alle partikler som samvirker med det intense magnetfeltet til ultrahøye energier.
Opprettelsen av disse kosmiske strålene med høy energi fra slike systemer er svært teoretisk, og hvor vanlige de kan være i galaksen vår er bare et estimat. Det forblir uklart så kort tid etter oppdagelsen av SDSS 1257 + 5428 om ledsagerobjektet til den hvite dvergen er et svart hull eller nøytronstjerne. Men at SWARMS gjorde en slik oppdagelse så tidlig i undersøkelsen, er oppmuntrende for oppdagelsen av ytterligere eksotiske binære systemer.
“Det er ikke sannsynlig at SWARMS vil se 10 eller 100 flere slike systemer. Hvis det gjorde det, ville satsen for slike sammenslåinger være veldig (usannsynlig) høy. Når det er sagt, har vi blitt overrasket mange ganger før. Gitt det totale undersøkte himmelen, hvis vårt estimat for frekvensen av slike sammenslåinger er riktig, bør SWARMS imidlertid bare se omtrent ett slikt system, og de kan se ingen. En lignende undersøkelse på den sørlige himmelen (det er foreløpig ingenting som kan sammenlignes med Sloan Digital Sky Survey, som SWARMS er basert på), bør skaffe omtrent et slikt system, ”sa Thompson.
Observasjoner av SDSS 1257 + 5428 er allerede gjort ved bruk av Swift røntgenobservatorium, og det er gjort noen målinger i radiospekteret. Ingen kilde til gammastråler ble funnet på plasseringen av systemet ved hjelp av Fermi-teleskopet.
Thompson sa: “Sannsynligvis er den viktigste kommende observasjonen av systemet å få en sann avstand via parallaks. Akkurat nå er avstanden basert på egenskapene til den observerte hvite dvergen. I prinsippet,
det skal være relativt enkelt å se på systemet i løpet av det neste året og få en parallakseavstand, noe som vil lindre mange av usikkerhetene rundt de fysiske egenskapene til den hvite dvergen. ”
Kilde: Arxiv, e-postintervju med Todd Thompson
