Los rayos cósmicos, partículas que se han acelerado hasta cerca de la velocidad de la luz, fluyen desde nuestro Sol todo el tiempo, aunque son positivamente lentos en comparación con los llamados rayos cósmicos de energía ultraalta (UHECR). Estos tipos de rayos cósmicos se originan de fuentes externas al Sistema Solar, y son mucho más enérgicos que los de nuestro Sol, aunque también son mucho más raros. La fusión entre una enana blanca y una estrella de neutrones o un agujero negro puede ser una fuente de estos rayos, y tales fusiones pueden ocurrir con la frecuencia suficiente como para ser la fuente más importante de estas partículas energéticas.
El estudio de minería de datos de velocidad radial dwArf de Sloan White (SWARMS), que forma parte del Sloan Digital Sky Survey, descubrió recientemente un sistema binario de objetos exóticos a solo 50 parsecs del Sistema Solar. Este sistema, denominado SDSS 1257 + 5428, parece ser una estrella enana blanca que está orbitando una estrella de neutrones o un agujero negro de baja masa. Los detalles sobre el sistema y su descubrimiento inicial se pueden encontrar en un artículo de Carles Badenes, et al. aquí.
El coautor Todd Thompson, profesor asistente en el Departamento de Astronomía de la Universidad Estatal de Ohio, argumenta en una carta reciente a Las cartas del diario astrofísico que este tipo de sistema, y la posterior fusión de estos restos exóticos de estrellas, pueden ser comunes y podrían explicar la cantidad de UHECR que se observa actualmente. La fusión entre la enana blanca y la estrella de neutrones o el agujero negro también puede crear un agujero negro de baja masa, el llamado agujero negro "bebé".
Thompson escribió en una entrevista por correo electrónico:
“Se cree que los binarios de las estrellas enanas blancas / neutrones o los agujeros negros son bastante raros, aunque hay un gran rango en el número de galaxias similares a la Vía Láctea en la literatura. SWARMS fue el primero en detectar un sistema de este tipo utilizando la técnica de "velocidad radial", y el primero en encontrar dicho objeto tan cerca, a solo 50 parsecs de distancia (unos 170 años luz). Por esta razón, fue muy sorprendente, y su relativa proximidad es lo que nos permitió argumentar que estos sistemas deben ser bastante comunes en comparación con la mayoría de las expectativas anteriores. SWARMS habría tenido que ser muy afortunado de ver algo tan raro tan cerca ".
Thompson y col. argumentan que este tipo de fusión puede ser la fuente más importante de UHECR en la galaxia de la Vía Láctea, y que uno debería fusionarse en la galaxia cada 2,000 años. Estos tipos de fusiones pueden ser un poco menos comunes que las supernovas de tipo Ia, que se originan en sistemas binarios de enanas blancas.
Una enana blanca que se fusiona con una estrella de neutrones también crearía un agujero negro de baja masa de aproximadamente 3 veces la masa del Sol. Thompson dijo: "De hecho, este escenario es probable ya que pensamos que las estrellas de neutrones no pueden existir por encima de 2-3 veces la masa del Sol. La idea es que el WD se interrumpa y se acumule en la estrella de neutrones y luego la estrella de neutrones colapsaría en un agujero negro. En este caso, podríamos ver la señal de formación de BH en ondas de gravedad ".
Las ondas de gravedad producidas en una fusión de este tipo estarían por encima del rango detectable por el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO), un instrumento que utiliza láseres para detectar ondas de gravedad (de las cuales ninguna ha sido detectada ... todavía), e incluso posiblemente un Observatorio de ondas gravitacionales de base espaciada, Antena espacial de interferómetro láser de la NASA, LISA.
Los rayos cósmicos comunes que provienen de nuestro Sol tienen una energía en la escala de 10 ^ 7 a 10 ^ 10 electrón-voltios. Los rayos cósmicos de energía ultraalta son un fenómeno raro, pero superan los 10 ^ 20 electrón-voltios. ¿Cómo producen sistemas como SDSS 1257 + 5428 rayos cósmicos de tan alta energía? Thompson explicó que hay dos posibilidades igualmente fascinantes.
En el primero, la formación de un agujero negro y el posterior disco de acreción de la fusión generaría un chorro similar a los que se ven en el centro de las galaxias, el signo revelador de un quásar. Aunque estos chorros serían mucho, mucho más pequeños, las ondas de choque en la parte delantera del jet acelerarían las partículas a las energías necesarias para crear UHECR, dijo Thompson.
En el segundo escenario, la estrella de neutrones le roba materia a la enana blanca, y esta acumulación comienza a girar rápidamente. Los esfuerzos magnéticos que se acumulan en la superficie de la estrella de neutrones, o "magnetar", podrían acelerar cualquier partícula que interactúe con el intenso campo magnético a energías ultra elevadas.
La creación de estos rayos cósmicos de energía ultraalta por tales sistemas es altamente teórica, y lo común que pueden ser en nuestra galaxia es solo una estimación. No queda claro tan pronto después del descubrimiento de SDSS 1257 + 5428 si el objeto compañero de la enana blanca es un agujero negro o una estrella de neutrones. Pero el hecho de que SWARMS haya hecho un descubrimiento tan temprano en la encuesta es alentador para el descubrimiento de otros sistemas binarios exóticos.
“No es probable que SWARMS vea 10 o 100 sistemas más de este tipo. Si lo hiciera, la tasa de tales fusiones sería muy (inverosímil) alta. Dicho esto, nos hemos sorprendido muchas veces antes. Sin embargo, dada la superficie total del cielo estudiado, si nuestra estimación de la tasa de tales fusiones es correcta, SWARMS debería ver solo alrededor de 1 sistema más, y es posible que no vean ninguno. Una encuesta similar en el cielo del sur (actualmente no hay nada comparable a la Sloan Digital Sky Survey, en la que se basa SWARMS) debería mostrar aproximadamente 1 de esos sistemas ”, dijo Thompson.
Las observaciones de SDSS 1257 + 5428 ya se han realizado utilizando el observatorio de rayos X Swift, y se han tomado algunas mediciones en el espectro radioeléctrico. No se encontró ninguna fuente de rayos gamma en la ubicación del sistema utilizando el telescopio Fermi.
Thompson dijo: "Probablemente la observación más importante del sistema es obtener una verdadera distancia a través de paralaje. En este momento, la distancia se basa en las propiedades de la enana blanca observada. En principio,
debería ser relativamente fácil observar el sistema durante el próximo año y obtener una distancia de paralaje, lo que aliviará muchas de las incertidumbres que rodean las propiedades físicas de la enana blanca ".
Fuente: Arxiv, entrevista por correo electrónico con Todd Thompson
