Kozmik ışınlar - ışık hızına yakın hızlandırılmış parçacıklar - her zaman Güneşimizden dışarı akarlar, ancak Ultra Yüksek Enerjili Kozmik Işınlar (UHECR'ler) ile karşılaştırıldığında pozitiftirler. Bu tür kozmik ışınlar Güneş Sistemi dışındaki kaynaklardan kaynaklanır ve daha nadir olmakla birlikte Güneşimizdekilerden çok daha enerjiktir. Beyaz bir cüce ile nötron yıldızı veya karadelik arasındaki birleşme, bu ışınların bir kaynağı olabilir ve bu tür birleşmeler, bu enerjisel parçacıkların en önemli kaynağı olacak kadar sık ortaya çıkabilir.
Sloan Beyaz Gökyüzü Araştırması'nın bir parçası olan Sloan White dwArf Radyal hız verileri Madencilik Anketi (SWARMS), yakın zamanda Güneş Sisteminden sadece 50 parsec uzaklıkta bulunan egzotik nesnelerin ikili bir sistemini ortaya çıkardı. SDSS 1257 + 5428 olarak adlandırılan bu sistem, bir nötron yıldızının veya düşük kütleli kara deliğin etrafında dönen beyaz bir cüce yıldız gibi görünüyor. Sistem ve ilk keşfi hakkında ayrıntılar, Carles Badenes ve ark. buraya.
Ohio State Üniversitesi Astronomi Bölümü'nde yardımcı doçent olan Todd Todd'un yakın zamanda yaptığı bir mektupta Astrofizik Dergi Mektupları bu tür bir sistem ve daha sonra bu egzotik yıldız kalıntılarının birleşmesi olağan olabilir ve şu anda gözlemlenen UHECR'lerin miktarını açıklayabilir. Beyaz cüce ile nötron yıldızı veya karadelik arasındaki birleşme de “bebek” karadeli denilen düşük kütleli bir kara delik oluşturabilir.
Thompson bir e-posta röportajında şunu yazdı:
“Beyaz cüce / nötron yıldızı veya kara delik ikili dosyalarının oldukça nadir olduğu düşünülüyor, ancak literatürde Samanyolu benzeri galaksi başına çok büyük bir aralık var. SWARMS, “radyal hız” tekniğini kullanarak böyle bir sistemi ilk tespit eden ve bu kadar yakın bir yerde, sadece 50 parsek (yaklaşık 170 ışıkyılı) uzaklıkta bir nesne bulan ilk sistemdi. Bu nedenle, çok şaşırtıcıydı ve göreceli yakınlığı, bu sistemlerin önceki beklentilerin çoğuna kıyasla oldukça yaygın olması gerektiği iddiasında bulunmamıza izin verdi. SWARMS, bu kadar nadir bulunan bir şeyi görmek için çok şanslı olmalıydı. ”
Thompson ve diğ. bu tür birleşmenin Samanyolu galaksisindeki en önemli UHECR kaynağı olabileceğini ve kişinin yaklaşık 2.000 yılda bir galakside birleşmesi gerektiğini savunuyor. Bu tür birleşmeler, beyaz cücelerin ikili sistemlerinden kaynaklanan Tip Ia süpernovalardan biraz daha az yaygın olabilir.
Bir nötron yıldızı ile birleşen beyaz bir cüce, Güneş kütlesinin yaklaşık 3 katı kadar düşük kütleli bir kara delik yaratacaktır. Thompson, “Aslında, bu senaryo büyük olasılıkla, nötron yıldızlarının Güneş kütlesinin 2-3 katından fazla var olamayacağını düşündüğümüzden dolayı. Fikir, WD'nin bozulacak ve nötron yıldızı üzerine keskinleşeceği ve daha sonra nötron yıldızının bir kara deliğe çökeceğidir. Bu durumda, yerçekimi dalgalarında BH oluşumu sinyalini görebiliriz. ”
Böyle bir birleşmede üretilen yerçekimi dalgaları, yerçekimi dalgalarını tespit etmek için lazerler kullanan bir araç olan Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalgası Gözlemevi (LIGO) tarafından algılanabilir aralığın üzerinde ve hatta muhtemelen bir aralıklı taban yerçekimi dalgası gözlemevi, NASA'nın Lazer İnterferometre Uzay Anteni, LISA.
Güneşimizden gelen yaygın kozmik ışınlar 10 ^ 7 ila 10 ^ 10 elektron volt ölçeğinde bir enerjiye sahiptir. Ultra yüksek enerjili kozmik ışınlar nadir bir fenomendir, ancak 10 ^ 20 elektron voltunu aşarlar. SDSS 1257 + 5428 gibi sistemler nasıl bu kadar yüksek enerjili kozmik ışınlar üretir? Thompson eşit derecede büyüleyici iki olasılık olduğunu açıkladı.
Birincisinde, bir kara delik oluşumu ve daha sonra birleşmeden oluşan birikim diski, bir kuazarın belirtisi olan gökadaların merkezinde görülenlere benzer bir jet üretecektir. Bu jetlerin çok, çok daha küçük olmasına rağmen, jetin önündeki şok dalgaları parçacıkları UHECR'ler oluşturmak için gerekli enerjilere hızlandıracak, dedi Thompson.
İkinci senaryoda, nötron yıldızı maddeyi beyaz cüce arkadaşından çalıyor ve bu birikme hızla dönmeye başlıyor. Nötron yıldızının veya “magnetar” ın yüzeyinde oluşan manyetik gerilimler, yoğun manyetik alanla etkileşen parçacıkları ultra yüksek enerjilere hızlandırabilecektir.
Bu ultra yüksek enerjili kozmik ışınların bu tür sistemler tarafından oluşturulması oldukça teoriktir ve galaksimizde ne kadar yaygın olabilecekleri sadece bir tahmindir. SDSS 1257 + 5428'in keşfinden hemen sonra beyaz cücenin eşlik eden nesnesinin bir kara delik veya nötron yıldızı olup olmadığı belirsizliğini koruyor. Ancak SWARMS'ın araştırmada bu kadar erken bir keşif yapmış olması, daha egzotik ikili sistemlerin keşfi için cesaret vericidir.
“SWARMS'ın 10 veya 100 daha fazla sistem görmesi olası değil. Eğer öyleyse, bu tür birleşmelerin oranı çok (makul olmayan) yüksek olacaktır. Bununla birlikte, daha önce birçok kez şaşırdık. Ancak, incelenen gökyüzünün toplam alanı göz önüne alındığında, bu tür birleşmelerin oranına ilişkin tahminimiz doğru ise, SWARMS bu türden sadece yaklaşık 1 tane daha görmelidir ve hiç görmeyebilirler. Güney gökyüzünde de benzer bir anket (şu anda SWARMS'ın dayandığı Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması ile karşılaştırılabilir hiçbir şey yoktur) yaklaşık 1 sistem ortaya çıkarmalıdır ”dedi.
SDSS 1257 + 5428'in gözlemleri, Swift X-ışını gözlemevi kullanılarak zaten yapılmış ve radyo spektrumunda bazı ölçümler yapılmıştır. Fermi teleskopu kullanılarak sistemin bulunduğu yerde hiçbir gama ışını kaynağı bulunamamıştır.
Thompson, “Muhtemelen sistemin gelecekteki en önemli gözlemi paralaks yoluyla gerçek bir mesafe elde etmektir. Şu anda mesafe, gözlemlenen beyaz cücenin özelliklerine dayanıyor. Prensip olarak,
sistemi önümüzdeki yıl izlemek ve paralaks mesafesi elde etmek nispeten kolay olmalı, bu da beyaz cücenin fiziksel özelliklerini çevreleyen belirsizliklerin çoğunu hafifletecek. ”
Kaynak: Arxiv, Todd Thompson ile e-posta röportajı
