Os raios cósmicos - partículas que foram aceleradas até a velocidade da luz - saem do nosso Sol o tempo todo, embora sejam positivamente lentos em comparação ao que é chamado de Raios Cósmicos de Ultra Alta Energia (UHECRs). Esses tipos de raios cósmicos se originam de fontes externas ao Sistema Solar e são muito mais energéticos que os do nosso Sol, embora também sejam muito mais raros. A fusão entre uma anã branca e uma estrela de nêutrons ou um buraco negro pode ser uma fonte desses raios, e essas fusões podem ocorrer com frequência suficiente para ser a fonte mais significativa dessas partículas energéticas.
O Sloan White dwArf Radial Data Mining Survey (SWARMS) - que faz parte do Sloan Digital Sky Survey - recentemente descobriu um sistema binário de objetos exóticos, a apenas 50 parsecs do Sistema Solar. Este sistema, chamado SDSS 1257 + 5428, parece ser uma estrela anã branca que está orbitando uma estrela de nêutrons ou um buraco negro de baixa massa. Detalhes sobre o sistema e sua descoberta inicial podem ser encontrados em um artigo de Carles Badenes, et al. aqui.
O co-autor Todd Thompson, professor assistente do Departamento de Astronomia da Ohio State University, argumenta em uma recente carta a As Cartas do Jornal Astrofísico que esse tipo de sistema e a subsequente fusão desses restos exóticos de estrelas podem ser comuns e podem ser responsáveis pela quantidade de UHECRs atualmente observadas. A fusão entre a anã branca e a estrela de nêutrons ou o buraco negro também pode criar um buraco negro de baixa massa, o chamado buraco negro "bebê".
Thompson escreveu em uma entrevista por e-mail:
“Acredita-se que os binários de estrelas anãs brancas / nêutrons ou buracos negros sejam bastante raros, embora exista uma grande variedade no número de galáxias semelhantes à Via Láctea na literatura. O SWARMS foi o primeiro a detectar esse sistema usando a técnica de "velocidade radial" e o primeiro a encontrar esse objeto tão próximo, a apenas 50 parsecs de distância (cerca de 170 anos-luz). Por esse motivo, foi muito surpreendente, e sua proximidade relativa é o que nos permitiu argumentar que esses sistemas devem ser bastante comuns em comparação com a maioria das expectativas anteriores. SWARMS teria tido muita sorte em ver algo tão raro tão próximo. ”
Thompson et ai. argumentam que esse tipo de fusão pode ser a fonte mais significativa de UHECRs na Via Láctea e que uma deve se fundir na galáxia a cada 2.000 anos. Esses tipos de fusões podem ser um pouco menos comuns que as supernovas do tipo Ia, originárias de sistemas binários de anãs brancas.
Uma anã branca que se funde com uma estrela de nêutrons também criaria um buraco negro de baixa massa com cerca de 3 vezes a massa do Sol. Thompson disse: “De fato, esse cenário é provável, pois pensamos que as estrelas de nêutrons não podem existir acima de 2-3 vezes a massa do Sol. A ideia é que o WD seja interrompido e se acumule na estrela de nêutrons e, em seguida, a estrela de nêutrons entrará em colapso para um buraco negro. Nesse caso, podemos ver o sinal da formação de BH nas ondas gravitacionais. ”
As ondas gravitacionais produzidas nessa fusão estariam acima da faixa detectável pelo Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO), um instrumento que usa lasers para detectar ondas gravitacionais (das quais nenhuma foi detectada ... ainda), e até possivelmente uma observatório de ondas gravitacionais de base espaçada, Antena Espacial a Laser da NASA, LISA.
Os raios cósmicos comuns que vêm do nosso Sol têm uma energia na escala de 10 ^ 7 a 10 ^ 10 elétron-volts. Raios cósmicos de energia ultra alta são um fenômeno raro, mas excedem 10 ^ 20 elétron-volts. Como sistemas como o SDSS 1257 + 5428 produzem raios cósmicos de energia tão alta? Thompson explicou que existem duas possibilidades igualmente fascinantes.
No primeiro, a formação de um buraco negro e o subsequente disco de acréscimo da fusão gerariam um jato parecido com os vistos no centro das galáxias, o sinal revelador de um quasar. Embora esses jatos sejam muito, muito menores, as ondas de choque na frente do jato acelerariam as partículas para as energias necessárias para criar UHECRs, disse Thompson.
No segundo cenário, a estrela de nêutrons rouba matéria do companheiro da anã branca, e esse acúmulo começa a girar rapidamente. As tensões magnéticas que se acumulam na superfície da estrela de nêutrons, ou "magnetar", seriam capazes de acelerar quaisquer partículas que interagem com o intenso campo magnético para energias ultra altas.
A criação desses raios cósmicos de energia ultra alta por esses sistemas é altamente teórica, e quão comuns eles podem ser em nossa galáxia é apenas uma estimativa. Ainda não está claro, logo após a descoberta do SDSS 1257 + 5428, se o objeto companheiro da anã branca é um buraco negro ou uma estrela de nêutrons. Mas o fato de o SWARMS ter feito essa descoberta tão cedo na pesquisa é encorajador para a descoberta de outros sistemas binários exóticos.
“Não é provável que o SWARMS veja 10 ou 100 mais desses sistemas. Se isso acontecesse, a taxa de tais fusões seria muito (implausível) alta. Dito isto, já fomos surpreendidos muitas vezes antes. No entanto, dada a área total do céu pesquisado, se nossa estimativa da taxa de tais fusões estiver correta, o SWARMS deverá ver apenas mais um sistema desse tipo e talvez não o veja. Uma pesquisa semelhante no céu do sul (atualmente não há nada comparável ao Sloan Digital Sky Survey, no qual o SWARMS se baseia) deve gerar aproximadamente um sistema desse tipo ”, disse Thompson.
As observações do SDSS 1257 + 5428 já foram feitas usando o observatório de raios-X Swift e algumas medidas foram feitas no espectro de rádio. Nenhuma fonte de raios gama foi encontrada na localização do sistema usando o telescópio Fermi.
Thompson disse: “Provavelmente a observação mais importante do sistema é obter uma distância real via paralaxe. No momento, a distância é baseada nas propriedades da anã branca observada. Em princípio,
deve ser relativamente fácil observar o sistema durante o próximo ano e obter uma distância de paralaxe, o que aliviará muitas das incertezas que cercam as propriedades físicas da anã branca. ”
Fonte: Arxiv, entrevista por e-mail com Todd Thompson
