Kosmische Strahlen - Teilchen, die auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden - strömen die ganze Zeit aus unserer Sonne heraus, obwohl sie im Vergleich zu sogenannten Ultrahochenergie-Kosmischen Strahlen (UHECRs) positiv träge sind. Diese Arten von kosmischen Strahlen stammen von Quellen außerhalb des Sonnensystems und sind viel energetischer als die von unserer Sonne, wenn auch viel seltener. Die Fusion zwischen einem Weißen Zwerg und einem Neutronenstern oder einem Schwarzen Loch kann eine Quelle dieser Strahlen sein, und solche Fusionen können häufig genug auftreten, um die bedeutendste Quelle dieser energetischen Teilchen zu sein.
Die Sloan White dwArf Radialgeschwindigkeitsdaten-Mining-Vermessung (SWARMS), die Teil der Sloan Digital Sky Survey ist, hat kürzlich ein binäres System exotischer Objekte entdeckt, das nur 50 Parsec vom Sonnensystem entfernt ist. Dieses System mit dem Namen SDSS 1257 + 5428 scheint ein weißer Zwergstern zu sein, der einen Neutronenstern oder ein massearmes Schwarzes Loch umkreist. Details über das System und seine erste Entdeckung finden sich in einem Artikel von Carles Badenes et al. Hier.
Der Co-Autor Todd Thompson, Assistenzprofessor am Department of Astronomy der Ohio State University, argumentiert kürzlich in einem Brief an Die astrophysikalischen Tagebuchbriefe dass diese Art von System und die anschließende Verschmelzung dieser exotischen Überreste von Sternen alltäglich sein könnten und die Menge der derzeit beobachteten UHECRs erklären könnten. Die Verschmelzung zwischen dem Weißen Zwerg und dem Neutronenstern oder dem Schwarzen Loch kann auch zu einem schwarzen Loch mit geringer Masse führen, einem sogenannten „Baby“ -Schwarzloch.
Thompson schrieb in einem E-Mail-Interview:
„Binärdateien von Weißen Zwergen / Neutronensternen oder Schwarzen Löchern werden als ziemlich selten angesehen, obwohl die Anzahl pro Milchstraße-ähnlicher Galaxie in der Literatur sehr unterschiedlich ist. SWARMS war der erste, der ein solches System mithilfe der "Radialgeschwindigkeit" -Technik erkannte, und der erste, der ein solches Objekt in der Nähe fand, nur 50 Parsecs entfernt (etwa 170 Lichtjahre). Aus diesem Grund war es sehr überraschend, und aufgrund seiner relativen Nähe konnten wir argumentieren, dass diese Systeme im Vergleich zu den meisten früheren Erwartungen durchaus üblich sein müssen. SWARMS hätte sehr glücklich sein müssen, etwas so Seltenes in der Nähe zu sehen. “
Thompson et al. argumentieren, dass diese Art der Fusion die bedeutendste Quelle für UHECRs in der Milchstraße sein könnte und dass man etwa alle 2.000 Jahre in der Galaxie fusionieren sollte. Diese Arten von Fusionen sind möglicherweise etwas seltener als Supernovae vom Typ Ia, die aus binären Systemen weißer Zwerge stammen.
Ein weißer Zwerg, der mit einem Neutronenstern verschmilzt, würde auch ein massearmes Schwarzes Loch erzeugen, das etwa dreimal so groß ist wie die Masse der Sonne. Thompson sagte: „Tatsächlich ist dieses Szenario wahrscheinlich, da wir glauben, dass Neutronensterne nicht über dem 2-3-fachen der Sonnenmasse existieren können. Die Idee ist, dass die WD gestört wird und sich auf dem Neutronenstern ansammelt und dann der Neutronenstern zu einem Schwarzen Loch zusammenbricht. In diesem Fall könnten wir das Signal der BH-Bildung in Gravitationswellen sehen. “
Die bei einer solchen Fusion erzeugten Gravitationswellen würden über dem vom Laserinterferometer-Gravitationswellenobservatorium (LIGO), einem Instrument, das Laser verwendet, um Gravitationswellen zu erfassen (von denen noch keine erfasst wurden…), und möglicherweise sogar a Observatorium für Gravitationswellen mit beabstandeter Basis, Laserinterferometer-Weltraumantenne der NASA, LISA.
Gemeinsame kosmische Strahlen, die von unserer Sonne kommen, haben eine Energie im Bereich von 10 ^ 7 bis 10 ^ 10 Elektronenvolt. Ultrahochenergetische kosmische Strahlen sind ein seltenes Phänomen, sie überschreiten jedoch 10 ^ 20 Elektronenvolt. Wie erzeugen Systeme wie SDSS 1257 + 5428 kosmische Strahlen mit solch hoher Energie? Thompson erklärte, dass es zwei gleichermaßen faszinierende Möglichkeiten gibt.
Im ersten Fall würde die Bildung eines Schwarzen Lochs und der anschließenden Akkretionsscheibe aus der Fusion einen Strahl erzeugen, der denjenigen im Zentrum von Galaxien ähnelt, dem verräterischen Zeichen eines Quasars. Obwohl diese Jets viel, viel kleiner wären, würden die Stoßwellen an der Vorderseite des Strahls die Partikel auf die notwendigen Energien beschleunigen, um UHECRs zu erzeugen, sagte Thompson.
Im zweiten Szenario stiehlt der Neutronenstern dem Begleiter des Weißen Zwergs Materie, und durch diese Akkretion dreht er sich schnell. Die magnetischen Spannungen, die sich an der Oberfläche des Neutronensterns oder „Magnetars“ aufbauen, könnten alle Teilchen, die mit dem intensiven Magnetfeld interagieren, auf ultrahohe Energien beschleunigen.
Die Erzeugung dieser kosmischen Strahlen mit ultrahoher Energie durch solche Systeme ist sehr theoretisch, und wie häufig sie in unserer Galaxie vorkommen, ist nur eine Schätzung. Es bleibt so bald nach der Entdeckung von SDSS 1257 + 5428 unklar, ob das Begleitobjekt des Weißen Zwergs ein Schwarzes Loch oder ein Neutronenstern ist. Die Tatsache, dass SWARMS eine solche Entdeckung so früh in der Umfrage gemacht hat, ist ermutigend für die Entdeckung weiterer exotischer Binärsysteme.
„Es ist unwahrscheinlich, dass SWARMS 10 oder 100 solcher Systeme sehen wird. In diesem Fall wäre die Rate solcher Fusionen sehr (unplausibel) hoch. Trotzdem waren wir schon oft überrascht. Angesichts der Gesamtfläche des untersuchten Himmels sollte SWARMS jedoch nur etwa 1 weiteres solches System sehen, wenn unsere Schätzung der Rate solcher Fusionen korrekt ist, und sie sehen möglicherweise keines. Eine ähnliche Umfrage am südlichen Himmel (es gibt derzeit nichts Vergleichbares wie die Sloan Digital Sky Survey, auf der SWARMS basiert) sollte ungefähr ein solches System ergeben “, sagte Thompson.
Beobachtungen von SDSS 1257 + 5428 wurden bereits mit dem Swift-Röntgenobservatorium durchgeführt, und einige Messungen wurden im Funkspektrum durchgeführt. Mit dem Fermi-Teleskop konnte am Ort des Systems keine Quelle für Gammastrahlen gefunden werden.
Thompson sagte: „Die wahrscheinlich wichtigste bevorstehende Beobachtung des Systems besteht darin, eine echte Distanz über Parallaxe zu erhalten. Derzeit basiert die Entfernung auf den Eigenschaften des beobachteten Weißen Zwergs. Allgemein gesagt,
Es sollte relativ einfach sein, das System im nächsten Jahr zu beobachten und eine Parallaxenentfernung zu erhalten, die viele der Unsicherheiten in Bezug auf die physikalischen Eigenschaften des Weißen Zwergs verringert. “
Quelle: Arxiv, E-Mail-Interview mit Todd Thompson
