I raggi cosmici - particelle che sono state accelerate quasi alla velocità della luce - fuoriescono continuamente dal nostro Sole, sebbene siano positivamente pigri rispetto a quelli che sono chiamati Raggi Cosmici Ultra-ad alta energia (UHECR). Questi tipi di raggi cosmici provengono da fonti esterne al Sistema Solare e sono molto più energici di quelli del nostro Sole, anche se molto più rari. La fusione tra una nana bianca e una stella di neutroni o un buco nero può essere una fonte di questi raggi e tali fusioni possono verificarsi abbastanza spesso da essere la fonte più significativa di queste particelle energetiche.
Il Sloan White dwArf Radial Data Mining Survey (SWARMS) - che fa parte dello Sloan Digital Sky Survey - ha recentemente scoperto un sistema binario di oggetti esotici a soli 50 parsecs dal Sistema Solare. Questo sistema, chiamato SDSS 1257 + 5428, sembra essere una stella nana bianca che orbita attorno a una stella di neutroni o un buco nero a bassa massa. I dettagli sul sistema e sulla sua scoperta iniziale sono reperibili in un articolo di Carles Badenes, et al. Qui.
Il coautore Todd Thompson, assistente professore presso il Dipartimento di Astronomia dell'Ohio State University, discute in una recente lettera a The Astrophysical Journal Letters che questo tipo di sistema, e la successiva fusione di questi resti esotici di stelle, possano essere all'ordine del giorno e potrebbero spiegare la quantità di UHECR attualmente osservate. La fusione tra la nana bianca e la stella di neutroni o il buco nero può anche creare un buco nero di bassa massa, un cosiddetto buco nero "bambino".
Thompson ha scritto in un'intervista via e-mail:
"Si ritiene che i binari delle nane bianche / dei neutroni o dei buchi neri siano piuttosto rari, sebbene ci sia un enorme intervallo nel numero per galassia simile alla Via Lattea in letteratura. SWARMS fu il primo a rilevare un tale sistema usando la tecnica della "velocità radiale" e il primo a trovare un tale oggetto così vicino, a soli 50 parsec di distanza (circa 170 anni luce). Per questo motivo, è stato molto sorprendente, e la sua relativa vicinanza è ciò che ci ha permesso di argomentare che questi sistemi devono essere abbastanza comuni rispetto alla maggior parte delle aspettative precedenti. SWARMS avrebbe dovuto essere molto fortunato a vedere qualcosa di così raro così vicino ”.
Thompson, et al. sostengono che questo tipo di fusione potrebbe essere la fonte più significativa di UHECR nella galassia della Via Lattea e che si dovrebbe fondere nella galassia ogni 2000 anni circa. Questi tipi di fusioni possono essere leggermente meno comuni delle supernovae di tipo Ia, che hanno origine in sistemi binari di nane bianche.
Una nana bianca che si fonde con una stella di neutroni creerebbe anche un buco nero a bassa massa di circa 3 volte la massa del Sole. Thompson disse: “In effetti, questo scenario è probabile poiché pensiamo che le stelle di neutroni non possano esistere al di sopra di 2-3 volte la massa del Sole. L'idea è che il WD verrebbe interrotto e riservato alla stella di neutroni e quindi la stella di neutroni collasserebbe in un buco nero. In questo caso, potremmo vedere il segnale della formazione di BH nelle onde di gravità. "
Le onde di gravità prodotte in una tale fusione sarebbero al di sopra della portata rilevabile dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), uno strumento che utilizza i laser per rilevare le onde di gravità (di cui nessuna è stata rilevata ... ancora), e forse anche un osservatorio di onde gravitazionali a base distanziata, Antenna spaziale per interferenze laser della NASA, LISA.
I raggi cosmici comuni che provengono dal nostro Sole hanno un'energia sulla scala da 10 ^ 7 a 10 ^ 10 elettronvolt. I raggi cosmici ad altissima energia sono un fenomeno raro, ma superano i 10 ^ 20 elettronvolt. In che modo sistemi come SDSS 1257 + 5428 producono raggi cosmici di così alta energia? Thompson ha spiegato che esistono due possibilità altrettanto affascinanti.
Nel primo, la formazione di un buco nero e il successivo disco di accrescimento dalla fusione avrebbero generato un getto un po 'come quelli visti al centro delle galassie, il segno rivelatore di un quasar. Sebbene questi getti sarebbero molto, molto più piccoli, le onde d'urto nella parte anteriore del getto accelererebbero le particelle alle energie necessarie per creare UHECR, Thompson ha detto.
Nel secondo scenario, la stella di neutroni ruba la materia al compagno nano bianco e questa accrescimento la fa ruotare rapidamente. Le sollecitazioni magnetiche che si accumulano sulla superficie della stella di neutroni, o "magnetar", sarebbero in grado di accelerare le particelle che interagiscono con il campo magnetico intenso a energie ultra-elevate.
La creazione di questi raggi cosmici ad altissima energia da parte di tali sistemi è altamente teorica, e quanto siano comuni nella nostra galassia è solo una stima. Non è ancora chiaro così presto dopo la scoperta di SDSS 1257 + 5428 se l'oggetto compagno della nana bianca sia un buco nero o una stella di neutroni. Ma il fatto che SWARMS abbia fatto una tale scoperta così presto nel sondaggio è incoraggiante per la scoperta di ulteriori sistemi binari esotici.
"Non è probabile che SWARMS vedrà 10 o 100 più di tali sistemi. In tal caso, il tasso di tali fusioni sarebbe molto (plausibilmente) elevato. Detto questo, siamo stati sorpresi molte volte prima. Tuttavia, data l'area totale del cielo esaminata, se la nostra stima del tasso di tali fusioni è corretta, SWARMS dovrebbe vedere solo circa 1 sistema in più, e potrebbero non vederne nessuno. Un sondaggio simile nel cielo meridionale (al momento non esiste nulla di paragonabile allo Sloan Digital Sky Survey, su cui si basa SWARMS) dovrebbe rivelare circa 1 di tale sistema ”, ha affermato Thompson.
Le osservazioni di SDSS 1257 + 5428 sono già state fatte usando l'osservatorio a raggi X Swift e alcune misurazioni sono state prese nello spettro radio. Non è stata trovata alcuna fonte di raggi gamma nella posizione del sistema utilizzando il telescopio Fermi.
Thompson ha dichiarato: “Probabilmente l'osservazione imminente più importante del sistema è quella di ottenere una distanza reale tramite la parallasse. In questo momento, la distanza si basa sulle proprietà del nano bianco osservato. In linea di principio,
dovrebbe essere relativamente facile osservare il sistema nel corso del prossimo anno e ottenere una distanza di parallasse, che alleggerirà molte delle incertezze che circondano le proprietà fisiche della nana bianca. "
Fonte: Arxiv, intervista via email a Todd Thompson
