Космические лучи - частицы, которые были ускорены до скорости, близкой к скорости света, - все время исходят из нашего Солнца, хотя они и являются вялыми по сравнению с так называемыми космическими лучами сверхвысоких энергий (UHECR). Эти типы космических лучей происходят из источников за пределами Солнечной системы, и они намного более энергичны, чем те, что получены от нашего Солнца, хотя и гораздо реже. Слияние белого карлика с нейтронной звездой или черной дырой может быть одним из источников этих лучей, и такие слияния могут происходить достаточно часто, чтобы стать наиболее значимым источником этих энергичных частиц.
Обзорное исследование данных радиальной скорости Sloan White dwArf (SWARMS), которое является частью Sloan Digital Sky Survey, недавно обнаружило двойную систему экзотических объектов, расположенную всего в 50 парсеках от Солнечной системы. Эта система, названная SDSS 1257 + 5428, представляется белой карликовой звездой, которая вращается вокруг нейтронной звезды или черной дыры малой массы. Подробности о системе и ее первоначальном открытии можно найти в статье Carles Badenes, et al. Вот.
Соавтор Тодд Томпсон, доцент кафедры астрономии в Университете штата Огайо, утверждает в своем недавнем письме Астрофизический Журнал Письма что этот тип системы и последующее слияние этих экзотических остатков звезд может быть обычным явлением и может объяснить количество наблюдаемых в настоящее время UHECR. Слияние белого карлика с нейтронной звездой или черной дырой может также создать черную дыру малой массы, так называемую «детскую» черную дыру.
Томпсон написал в интервью по электронной почте:
«Считается, что двойные белые карлики / нейтронные звезды или черные дыры встречаются довольно редко, хотя в литературе существует огромное количество их на галактику, похожую на Млечный путь». РОДЫ были первыми, кто обнаружил такую систему с использованием метода «лучевой скорости», и первыми обнаружили такой объект поблизости, всего в 50 парсеках (около 170 световых лет). По этой причине это было очень удивительно, и его относительная близость позволила нам сделать аргумент, что эти системы должны быть довольно распространенными по сравнению с большинством предыдущих ожиданий. Рой, должно быть, очень повезло увидеть что-то столь редкое, что рядом.
Томпсон и др. утверждают, что этот тип слияния может быть самым значительным источником UHECR в галактике Млечный путь, и что слияние в галактике следует проводить примерно каждые 2000 лет. Эти типы слияний могут быть немного реже, чем сверхновые типа Ia, которые происходят в двойных системах белых карликов.
Белый карлик, сливающийся с нейтронной звездой, также создал бы малую массу черной дыры, примерно в 3 раза большей массы Солнца. Томпсон сказал: «На самом деле, этот сценарий вероятен, поскольку мы считаем, что нейтронные звезды не могут существовать в 2-3 раза больше массы Солнца». Идея состоит в том, что WD будет разрушен и нарастит на нейтронную звезду, а затем нейтронная звезда рухнет в черную дыру. В этом случае мы можем увидеть сигнал образования ЧД в гравитационных волнах ».
Гравитационные волны, создаваемые в результате такого слияния, были бы выше обнаруживаемого диапазона лазерной интерферометрической гравитационно-волновой обсерваторией (LIGO), прибором, использующим лазеры для обнаружения гравитационных волн (которых еще не было обнаружено ... пока), и даже, возможно, Обсерватория гравитационных волн на разнесенной базе, Космическая антенна лазерного интерферометра НАСА, LISA.
Обычные космические лучи, которые приходят от нашего Солнца, имеют энергию в диапазоне от 10-7 до 10-10 электрон-вольт. Космические лучи сверхвысоких энергий - редкое явление, но они превышают 10-20 электрон-вольт. Как системы типа SDSS 1257 + 5428 производят космические лучи такой высокой энергии? Томпсон объяснил, что есть две одинаково захватывающие возможности.
В первом случае образование черной дыры и последующего аккреционного диска в результате слияния породило бы струю, похожую на те, что наблюдаются в центре галактик, - явный признак квазара. Хотя эти струи были бы намного, намного меньше, ударные волны в передней части струи ускорили бы частицы до необходимой энергии, чтобы создать UHECR, сказал Томпсон.
Во втором сценарии нейтронная звезда крадет вещество у спутника белого карлика, и эта аккреция начинает его быстро вращаться. Магнитные напряжения, которые накапливаются на поверхности нейтронной звезды, или «магнетара», могли бы ускорить любые частицы, которые взаимодействуют с интенсивным магнитным полем, до сверхвысоких энергий.
Создание таких космических лучей сверхвысоких энергий с помощью таких систем является весьма теоретическим, и насколько распространенными они могут быть в нашей галактике, является лишь оценкой. Вскоре после открытия SDSS 1257 + 5428 остается неясным, является ли объект-компаньон белого карлика черной дырой или нейтронной звездой. Но тот факт, что SWARMS сделал такое открытие в самом начале исследования, обнадеживает открытие новых экзотических бинарных систем.
«Маловероятно, что SWARMS увидит еще 10 или 100 таких систем. Если бы это было так, уровень таких слияний был бы очень (неправдоподобно) высоким. Тем не менее, мы были удивлены много раз раньше. Однако, учитывая общую площадь обследуемого неба, если наша оценка скорости таких слияний верна, РОДЫ должны видеть только еще примерно 1 такую систему, и они могут не видеть ни одной. Подобная съемка в южном небе (в настоящее время нет ничего похожего на Sloan Digital Sky Survey, на которой основан SWARMS) должна дать примерно 1 такую систему », - сказал Томпсон.
Наблюдения за SDSS 1257 + 5428 уже были сделаны с использованием рентгеновской обсерватории Swift, и некоторые измерения были проведены в радиоспектре. В месте расположения системы с использованием телескопа Ферми не было обнаружено источника гамма-излучения.
Томпсон сказал: «Вероятно, наиболее важным предстоящим наблюдением системы является получение истинного расстояния с помощью параллакса. Прямо сейчас, расстояние основано на свойствах наблюдаемого белого карлика. В общем,
должно быть относительно легко наблюдать за системой в течение следующего года и получить параллаксное расстояние, которое уменьшит многие неопределенности, связанные с физическими свойствами белого карлика ».
Источник: Arxiv, электронное интервью с Тоддом Томпсоном
