Kosmické paprsky - částice, které byly zrychleny na téměř rychlost světla - proudí ven z našeho Slunce po celou dobu, i když jsou pozitivně pomalé ve srovnání s tím, co se říká Ultra-High-Energy Cosmic Rays (UHECR). Tyto typy kosmických paprsků pocházejí ze zdrojů mimo Sluneční soustavu a jsou mnohem energičtější než ty z našeho Slunce, i když také mnohem vzácnější. Sloučení mezi bílým trpaslíkem a neutronovou hvězdou nebo černou dírou může být jedním zdrojem těchto paprsků a takové fúze mohou nastat často tak, aby byly nejvýznamnějším zdrojem těchto energetických částic.
Průzkum těžby dat Sloan White dwArf Radial Rychlost (SWARMS) - který je součástí Sloan Digital Sky Survey - nedávno odhalil binární systém exotických objektů vzdálených pouhých 50 parsec od sluneční soustavy. Tento systém s názvem SDSS 1257 + 5428 se jeví jako bílá trpasličí hvězda, která obíhá kolem neutronové hvězdy nebo černé díry s nízkou hmotností. Podrobnosti o systému a jeho prvotním objevu lze nalézt v článku Carles Badenes, et al. tady.
Spoluautor Todd Thompson, docent Astronomie na Ohio State University, argumentuje v nedávném dopisu Astrofyzikální dopisy v časopisech že tento typ systému a následná fúze těchto exotických zbytků hvězd může být běžná a mohla by odpovídat množství UHECR, které jsou v současné době pozorovány. Spojení mezi bílým trpaslíkem a neutronovou hvězdou nebo černou dírou může také vytvořit černou díru nízké hmotnosti, tzv. „Dětskou“ černou díru.
Thompson napsal v e-mailovém rozhovoru:
„Binární trpaslíci / neutronové hvězdy nebo černé díry se považují za docela vzácné, ačkoli v literatuře existuje obrovské množství v počtu na galaxii podobnou Mléčné dráze. SWARMS jako první detekoval takový systém technikou „radiální rychlosti“ a jako první našel takový objekt tak blízko, jen 50 parseců (asi 170 světelných let). Z tohoto důvodu to bylo velmi překvapivé a jeho relativní blízkost nám umožňovala argumentovat, že tyto systémy musí být ve srovnání s většinou předchozích očekávání docela běžné. SWARMS by musel mít velké štěstí, když viděl něco tak vzácného tak blízko. “
Thompson a kol. tvrdí, že tento typ fúze může být nejvýznamnějším zdrojem UHECR v galaxii Mléčná dráha, a že by se do galaxie mělo spojit přibližně každé 2 000 let. Tyto typy fúzí mohou být o něco méně běžné než supernovy typu Ia, které vznikají v binárních systémech bílých trpaslíků.
Bílý trpaslík, který by se spojil s neutronovou hvězdou, by také vytvořil černou díru s nízkou hmotností, která je asi trojnásobkem hmotnosti Slunce. Thompson řekl: „Ve skutečnosti je tento scénář pravděpodobný, protože si myslíme, že neutronové hvězdy nemohou existovat nad 2–3násobkem hmoty Slunce. Myšlenka je taková, že WD by byla narušena a shluknuta na neutronovou hvězdu a poté by neutronová hvězda spadla do černé díry. V tomto případě bychom mohli vidět signál tvorby BH v gravitačních vlnách. “
Gravitační vlny produkované při takovém sloučení by byly nad detekovatelným rozsahem Gravitační vlnové observatoře laserových interferometrů (LIGO), což je nástroj, který používá lasery k detekci gravitačních vln (z nichž žádné nebyly dosud detekovány…), a možná dokonce prostorová základna gravitační vlny, NASA Laser Interferometer Space Antenna, LISA.
Běžné kosmické paprsky, které přicházejí z našeho Slunce, mají energii na stupnici 10 ^ 7 až 10 ^ 10 elektron-voltů. Kosmické paprsky s velmi vysokou energií jsou vzácným jevem, ale přesahují 10 ^ 20 elektronvoltů. Jak systémy jako SDSS 1257 + 5428 produkují kosmické paprsky tak vysoké energie? Thompson vysvětlil, že existují dvě stejně fascinující možnosti.
V prvním případě by vytvoření černé díry a následného akrečního disku z fúze vygenerovalo proud, který by se podobal těm, které jsou vidět ve středu galaxií, což je výmluvný znak kvasaru. Přestože by tyto trysky byly mnohem, mnohem menší, rázové vlny na přední straně trysky urychlily částice na potřebné energie k vytvoření UHECR, řekl Thompson.
Ve druhém scénáři neutronová hvězda ukradne hmotu společnici bílého trpaslíka a toto narůstání ji rychle otáčí. Magnetická napětí, která se vytvářejí na povrchu neutronové hvězdy nebo „magnetaru“, by dokázala urychlit jakékoli částice, které interagují s intenzivním magnetickým polem, na ultra vysokou energii.
Vytvoření těchto ultra-vysokoenergetických kosmických paprsků těmito systémy je vysoce teoretické a to, jak časté mohou být v naší galaxii, je pouze odhad. Zůstane nejasné tak brzy po objevu SDSS 1257 + 5428, zda je doprovodným objektem bílého trpaslíka černá díra nebo neutronová hvězda. Skutečnost, že SWARMS provedl takový objev tak brzy v průzkumu, je však povzbuzující k objevu dalších exotických binárních systémů.
„Není pravděpodobné, že SWARMS uvidí 10 nebo 100 takových systémů. Pokud by tomu tak bylo, byla by míra takových fúzí velmi (nepravděpodobně) vysoká. To znamená, že jsme byli mnohokrát překvapeni. Avšak vzhledem k celkové oblasti zkoumaného nebe, pokud je náš odhad míry takových fúzí správný, by SWARMS měl vidět pouze asi 1 další takový systém a nemusí vidět žádný. Podobný průzkum na jižní obloze (v současné době není nic srovnatelného se Sloan Digital Sky Survey, na kterém je SWARMS založen) by měl vytvořit přibližně 1 takový systém, “řekl Thompson.
Pozorování SDSS 1257 + 5428 již byla provedena pomocí rentgenové observatoře Swift a některá měření byla provedena v rádiovém spektru. V umístění systému pomocí Fermiho dalekohledu nebyl nalezen žádný zdroj gama paprsků.
Thompson řekl: „Pravděpodobně nejdůležitějším nadcházejícím pozorováním systému je získání skutečné vzdálenosti paralaxou. Právě teď je vzdálenost založena na vlastnostech pozorovaného bílého trpaslíka. V zásadě,
mělo by být relativně snadné sledovat systém v příštím roce a získat paralaxu, která zmírní mnoho nejistot kolem fyzikálních vlastností bílého trpaslíka. “
Zdroj: Arxiv, e-mailový rozhovor s Toddem Thompsonem
