تتدفق الأشعة الكونية - الجسيمات التي تم تسريعها إلى ما يقرب من سرعة الضوء - من الشمس طوال الوقت ، على الرغم من أنها بطيئة بشكل إيجابي مقارنة بما يسمى الأشعة الكونية فائقة الطاقة (UHECRs). تنشأ هذه الأنواع من الأشعة الكونية من مصادر خارج النظام الشمسي ، وهي أكثر نشاطًا بكثير من تلك الموجودة في الشمس ، على الرغم من أنها أكثر ندرة أيضًا. قد يكون الاندماج بين قزم أبيض ونجم نيوتروني أو ثقب أسود مصدرًا واحدًا لهذه الأشعة ، وقد تحدث مثل هذه الاندماجات غالبًا بما يكفي لتكون المصدر الأكثر أهمية لهذه الجسيمات النشطة.
كشف Sloan White dwArf Radial Speed Radial Survey Mining Survey (SWARMS) - وهو جزء من Sloan Digital Sky Survey - مؤخرًا عن نظام ثنائي للأجسام الغريبة على بعد 50 فرسخًا من النظام الشمسي. يبدو أن هذا النظام ، المسمى SDSS 1257 + 5428 ، نجم قزم أبيض يدور حول نجم نيوتروني أو ثقب أسود منخفض الكتلة. يمكن العثور على تفاصيل حول النظام واكتشافه الأولي في ورقة كتبها Carles Badenes، et al. هنا.
يقول المؤلف المشارك تود طومسون ، الأستاذ المساعد في قسم علم الفلك في جامعة ولاية أوهايو ، في رسالة أخيرة إلى رسائل مجلة الفيزياء الفلكية أن هذا النوع من النظام ، والاندماج اللاحق لهذه البقايا الغريبة للنجوم ، قد يكون شائعًا ، ويمكن أن يفسر كمية UHECRs التي يتم ملاحظتها حاليًا. الاندماج بين القزم الأبيض والنجم النيوتروني أو الثقب الأسود قد يخلق أيضًا ثقبًا أسود ذو كتلة منخفضة ، ما يسمى الثقب الأسود "الرضيع".
كتب طومسون في مقابلة بالبريد الإلكتروني:
"يُعتقد أن النجم الأبيض القزم / النيوتروني أو الثنائيات السوداء نادرة جدًا ، على الرغم من وجود نطاق كبير في العدد لكل مجرة تشبه درب التبانة في الأدب. كان SWARMS أول من اكتشف مثل هذا النظام باستخدام تقنية "السرعة الشعاعية" ، وأول من وجد مثل هذا الشيء في مكان قريب جدًا ، على بعد 50 فرسخًا (حوالي 170 سنة ضوئية). لهذا السبب ، كان الأمر مفاجئًا للغاية ، وقربه النسبي هو ما سمح لنا بتقديم الحجة القائلة بأن هذه الأنظمة يجب أن تكون شائعة جدًا مقارنة بمعظم التوقعات السابقة. كان على SWARMS أن يكون محظوظًا جدًا لرؤية شيء نادر جدًا قريبًا جدًا. "
طومسون وآخرون. يجادل بأن هذا النوع من الاندماج قد يكون المصدر الأكثر أهمية لمجالات UHECRs في مجرة درب التبانة ، وأنه يجب على المرء الاندماج في المجرة كل 2000 سنة تقريبًا. قد تكون هذه الأنواع من عمليات الاندماج أقل شيوعًا بقليل من المستعرات الأعظمية من النوع Ia ، والتي تنشأ في الأنظمة الثنائية للأقزام البيضاء.
قزم أبيض يندمج مع نجم نيوتروني سيخلق أيضًا ثقبًا أسود منخفض الكتلة يبلغ حوالي 3 أضعاف كتلة الشمس. قال طومسون ، "في الواقع ، هذا السيناريو محتمل لأننا نعتقد أن النجوم النيوترونية لا يمكن أن توجد فوق 2-3 أضعاف كتلة الشمس. الفكرة هي أنه سيتم تعطيل WD وتراكمه على النجم النيوتروني ثم ينهار النجم النيوتروني إلى ثقب أسود. في هذه الحالة ، قد نرى إشارة تشكيل BH في موجات الجاذبية ".
ستكون موجات الجاذبية الناتجة في مثل هذا الاندماج أعلى من النطاق الذي يمكن اكتشافه بواسطة مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) ، وهو أداة تستخدم أشعة الليزر للكشف عن موجات الجاذبية (التي لم يتم اكتشاف أي منها ... حتى الآن) ، وربما حتى مرصد موجات الجاذبية القاعدية المتباعدة ، هوائي فضاء تداخل الليزر التابع لوكالة ناسا ، ليزا.
للأشعة الكونية الشائعة التي تأتي من شمسنا طاقة بمقياس 10 ^ 7 إلى 10 ^ 10 إلكترون فولت. الأشعة الكونية عالية الطاقة هي ظاهرة نادرة ، لكنها تتجاوز 10 ^ 20 إلكترون فولت. كيف تنتج أنظمة مثل SDSS 1257 + 5428 أشعة كونية ذات طاقة عالية؟ أوضح طومسون أن هناك إمكانات رائعة بنفس القدر.
في البداية ، سيؤدي تكوين ثقب أسود وقرص تراكم لاحق من الاندماج إلى توليد طائرة تشبه إلى حد ما تلك التي شوهدت في مركز المجرات ، وهي علامة منبثقة عن الكوازار. وقال طومسون على الرغم من أن هذه الطائرات ستكون أصغر بكثير ، إلا أن موجات الصدمة في مقدمة الطائرة ستسرع الجسيمات إلى الطاقات اللازمة لإنشاء UHECRs.
في السيناريو الثاني ، يسرق النجم النيوتروني المادة من رفيق القزم الأبيض ، ويبدأ هذا التراكم في الدوران بسرعة. إن الضغوط المغناطيسية التي تتراكم على سطح النجم النيوتروني ، أو "magnetar" ، ستكون قادرة على تسريع أي جسيمات تتفاعل مع المجال المغناطيسي الشديد إلى طاقات عالية للغاية.
إن إنشاء هذه الأشعة الكونية فائقة الطاقة من قبل هذه الأنظمة أمر نظري للغاية ، ومدى شيوعها في مجرتنا هو مجرد تقدير. يبقى من غير الواضح بعد وقت قصير من اكتشاف SDSS 1257 + 5428 ما إذا كان الجسم المصاحب للقزم الأبيض عبارة عن ثقب أسود أو نجم نيوتروني. لكن حقيقة أن SWARMS قامت بهذا الاكتشاف في وقت مبكر جدًا من الاستطلاع مشجع لاكتشاف المزيد من الأنظمة الثنائية الغريبة.
"من غير المحتمل أن تشهد SWARMS 10 أو 100 نظام آخر من هذا القبيل. إذا حدث ذلك ، فإن معدل عمليات الاندماج هذه سيكون مرتفعًا (غير محتمل). ومع ذلك ، فقد فوجئنا مرات عديدة من قبل. ومع ذلك ، وبالنظر إلى المساحة الإجمالية للسماء التي تم مسحها ، إذا كان تقديرنا لمعدل هذه الاندماجات صحيحًا ، فيجب أن ترى SWARMS حوالي نظام واحد آخر فقط ، وقد لا يرون أيًا منها. وقال تومسون: "إن مسحاً مشابهاً في السماء الجنوبية (لا يوجد شيء يضاهي في الوقت الحالي مسح Sloan Digital Sky Survey ، الذي تقوم عليه SWARMS) يجب أن يظهر نظامًا واحدًا تقريبًا.
تم بالفعل رصد ملاحظات SDSS 1257 + 5428 باستخدام مرصد Swift X-ray ، وقد تم أخذ بعض القياسات في الطيف الراديوي. لم يتم العثور على مصدر لأشعة جاما في موقع النظام باستخدام تلسكوب فيرمي.
قال طومسون ، "ربما تكون أهم ملاحظة مقبلة للنظام هي الحصول على مسافة حقيقية عبر اختلاف المنظر. الآن ، تعتمد المسافة على خصائص القزم الأبيض الملاحظ. من حيث المبداء،
يجب أن يكون من السهل نسبيا مشاهدة النظام خلال العام المقبل والحصول على مسافة اختلاف ، مما سيخفف من العديد من الشكوك المحيطة بالخصائص الفيزيائية للقزم الأبيض ".
المصدر: Arxiv ، مقابلة عبر البريد الإلكتروني مع تود طومسون
