Sinaran kosmik - zarah-zarah yang telah dipercepat hingga mendekati kelajuan cahaya - mengalir keluar dari Matahari kita sepanjang masa, walaupun positif perlahan berbanding dengan apa yang disebut Sinar Kosmik Tenaga Ultra Tinggi (UHECR). Jenis sinar kosmik ini berasal dari sumber di luar Sistem Suria, dan jauh lebih bertenaga daripada yang berasal dari Matahari kita, walaupun juga jauh lebih jarang. Penggabungan antara bintang kerdil putih dan bintang neutron atau lubang hitam mungkin merupakan salah satu sumber sinar ini, dan penggabungan semacam itu mungkin berlaku cukup kerap menjadi sumber zarah yang paling bertenaga ini.
Kajian Perlombongan data kecepatan Radial White dwArf Radial (SWARMS) - yang merupakan sebahagian daripada Kajian Langit Digital Sloan - baru-baru ini menemui sistem binari objek eksotik yang hanya berjarak 50 parsec dari Sistem Suria. Sistem ini, bernama SDSS 1257 + 5428, nampaknya bintang kerdil putih yang mengorbit bintang neutron atau lubang hitam berjisim rendah. Perincian mengenai sistem dan penemuan awalnya boleh didapati dalam makalah oleh Carles Badenes, et al. di sini.
Pengarang bersama Todd Thompson, penolong profesor di Jabatan Astronomi di Ohio State University, berpendapat dalam surat baru-baru ini kepada Surat Jurnal Astrofizik bahawa jenis sistem ini, dan penggabungan sisa-sisa bintang eksotik berikutnya, mungkin biasa, dan boleh menjelaskan jumlah UHECR yang diamati pada masa ini. Penggabungan antara bintang kerdil putih dan bintang neutron atau lubang hitam juga boleh mewujudkan lubang hitam berjisim rendah, yang disebut lubang hitam "bayi".
Thompson menulis dalam temu bual e-mel:
“Bintang kerdil putih / bintang neutron atau binari lubang hitam dianggap sangat jarang terjadi, walaupun ada jumlah yang besar dalam jumlah per galaksi seperti Bima Sakti dalam literatur. SWARMS adalah yang pertama mengesan sistem seperti itu dengan menggunakan teknik "kecepatan radial", dan yang pertama menemukan objek seperti itu di dekatnya, hanya 50 parsecs jauhnya (sekitar 170 tahun cahaya). Atas sebab ini, sangat mengejutkan, dan jaraknya yang relatif adalah yang memungkinkan kita membuat hujah bahawa sistem ini mesti cukup umum dibandingkan dengan kebanyakan harapan sebelumnya. SWARMS pasti sangat beruntung kerana melihat sesuatu yang sangat jarang ditemui begitu dekat. "
Thompson, et al. berpendapat bahawa penggabungan jenis ini mungkin merupakan sumber UHECR yang paling penting di galaksi Bima Sakti, dan yang mana ia mesti bergabung di galaksi kira-kira setiap 2.000 tahun. Jenis penggabungan ini mungkin sedikit kurang biasa daripada jenis Ia supernova, yang berasal dari sistem binari kerdil putih.
Kerdil putih yang bergabung dengan bintang neutron juga akan membuat lubang hitam berjisim rendah kira-kira 3 kali jisim Matahari. Thompson berkata, "Sebenarnya, senario ini mungkin kerana kita berpendapat bahawa bintang neutron tidak boleh wujud melebihi 2-3 kali jisim Matahari. Ideanya adalah bahawa WD akan terganggu dan memuncak ke bintang neutron dan kemudian bintang neutron akan runtuh ke lubang hitam. Dalam kes ini, kita mungkin melihat isyarat pembentukan BH dalam gelombang graviti. "
Gelombang graviti yang dihasilkan dalam penggabungan sedemikian akan berada di atas julat yang dapat dikesan oleh Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), sebuah instrumen yang menggunakan laser untuk mengesan gelombang graviti (yang belum ada yang dapat dikesan…), dan bahkan mungkin Balai Cerap gelombang graviti dasar, Antena Laser Interferometer Ruang NASA, LISA.
Sinar kosmik biasa yang datang dari Matahari kita mempunyai tenaga pada skala 10 ^ 7 hingga 10 ^ 10 elektron-volt. Sinaran kosmik tenaga tinggi adalah fenomena yang jarang berlaku, tetapi melebihi 10 ^ 20 elektron-volt. Bagaimana sistem seperti SDSS 1257 + 5428 menghasilkan sinaran kosmik dengan tenaga yang tinggi? Thompson menjelaskan bahawa terdapat dua kemungkinan yang sama menarik.
Pada yang pertama, pembentukan lubang hitam dan cakera pertambahan berikutnya dari penggabungan akan menghasilkan jet yang serupa dengan yang dilihat di pusat galaksi, tanda yang jelas dari sebuah quasar. Walaupun jet ini jauh lebih kecil, gelombang kejutan di bahagian depan jet akan mempercepat zarah ke tenaga yang diperlukan untuk mewujudkan UHECR, kata Thompson.
Dalam senario kedua, bintang neutron mencuri bahan dari kerdil putih, dan pertambahan ini memulakannya berputar dengan cepat. Tekanan magnet yang terbentuk di permukaan bintang neutron, atau "magnetar", dapat mempercepat sebarang zarah yang berinteraksi dengan medan magnet yang kuat ke tenaga yang sangat tinggi.
Penciptaan sinar kosmik tenaga ultra tinggi ini oleh sistem sedemikian sangat teoritis, dan betapa biasa mereka berada di galaksi kita hanyalah perkiraan. Ia tidak jelas begitu selepas penemuan SDSS 1257 + 5428 sama ada objek pendamping kerdil putih adalah lubang hitam atau bintang neutron. Tetapi kenyataan bahawa SWARMS membuat penemuan sedemikian pada awal tinjauan sangat menggalakkan untuk penemuan sistem binari eksotik yang lebih jauh.
"Tidak mungkin SWARMS akan melihat 10 atau 100 lagi sistem seperti itu. Sekiranya berlaku, kadar penggabungan tersebut akan sangat tinggi (tidak masuk akal). Oleh itu, kami pernah terkejut beberapa kali sebelumnya. Namun, memandangkan jumlah luas langit yang disurvei, jika anggaran kami mengenai kadar penggabungan tersebut betul, SWARMS hanya akan melihat sekitar 1 sistem lagi, dan mereka mungkin tidak melihatnya. Tinjauan serupa di langit selatan (saat ini tidak ada yang setanding dengan Sloan Digital Sky Survey, yang berdasarkan SWARMS) harus menghasilkan kira-kira 1 sistem seperti itu, ”kata Thompson.
Pemerhatian SDSS 1257 + 5428 telah dibuat menggunakan Observatorium sinar-X Swift, dan beberapa pengukuran telah dilakukan di spektrum radio. Tidak ada sumber sinar gamma ditemukan di lokasi sistem menggunakan teleskop Fermi.
Thompson berkata, "Mungkin pemerhatian sistem yang paling penting akan datang adalah mendapatkan jarak yang benar melalui paralaks. Sekarang, jaraknya berdasarkan sifat kerdil putih yang diperhatikan. Pada dasarnya,
agak mudah untuk menonton sistem ini pada tahun depan dan mendapatkan jarak paralaks, yang akan mengurangkan banyak ketidakpastian mengenai sifat fizikal kerdil putih. "
Sumber: Arxiv, temu ramah e-mel dengan Todd Thompson
