Экзотический источник космического излучения: Чёрные дыры “малыши”

Слияние между белым карликом и нейтронной звездой или чёрной дырой может являться одним из источников этих лучей, и такие слияния могут происходить достаточно часто, являясь самым значительным источником этих энергетических частиц.

Данные обзора SWARMS в рамках Слоановской программы цифрового обзора неба недавно обнаружили бинарную систему странных объектов всего на расстоянии 50 парсек от Солнечной Системы. Эта система под названием SDSS 1257+5428 представляет собой белый карлик, который движется по орбите нейтронной звезды или чёрной дыры с малой массой.

Соавтор исследования Тодд Томпсон, доцент отделения астрономии в Университете Огайо, утверждает, что такой тип систем и последующее слияние этих остатков звёзд может быть достаточно распространённым, и может быть связано с количеством недавно обнаруженных высокоэнергетических космических лучей. Слияние между белым карликом и нейтронной звездой или чёрной дырой может так же создать чёрную дыру с меньшей массой, так называемую чёрную дыру “малышку”.

Тодд Томпсон, доцент отделения астрономии в Университете Огайо, считает, что данный тип слияния может являться самым значительным источником высокоэнергетического космического излучения в галактике Млечный Путь. Согласно его предположениям, такое слияние должно происходить в галактике раз в 2 000 лет. Эти виды слияний могут быть менее свойственны для сверхновых Ia -типа, которые рождаются в бинарных системах белых карликов.

Слияние белого карлика и с нейтронной звездой образует чёрную дыру с низкой массой, приблизительно в три раза больше массы Солнца.

Гравитационные волны, которые производятся при таком слиянии, находятся выше уровня обнаружения лазерно-интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории LIGO, инструмента, который использует лазер для определения гравитационных волн (которые пока не удалось обнаружить), и даже космической обсерватории НАСА LISA (Космическая антенна, использующая принцип лазерного интерферометра). 

Обычные космические лучи, исходящие от нашего Солнца имеют энергию от 10^7 до 10^10 электрон-вольт. Космически лучи сверхвысокой энергии – редкий феномен, но они превышают 10^20 электрон-вольт. Как системы подобные SDSS 1257+5428 производят космические лучи такой высокой энергии? Томпсон объясняет это двумя равновозможными вероятностями.

В первой - формирование чёрной дыры и последующего аккреционного диска из слияния произведёт поток подобный тому, который наблюдается в центре галактик, характерный признак квазара. Хотя эти потоки будут намного меньше, ударная волна впереди потока разгонит частицы до необходимой энергии для образования высокоэнергетических космических лучей, утверждает Томпсон.

Во втором случае, нейтронная звезда забирает вещество у своего соседа – белого карлика, и это разрастание приводит к быстрому вращению. Магнитное напряжение, которое образуется на поверхности нейтронной звезды, или магнетар, сможет ускорить частицы, взаимодейтсвующие с мощным магнитным полем до сверхвысоких энергий. 

Образование этих высокоэнергетических космических лучей такими системами – это только теория, и насколько распространёнными они могут быть в галактике – это всего лишь предположение. Т.к. система SDSS 1257+5428 была открыта сравнительно недавно, остаётся неясным, чем является компаньон белого калика – чёрной дырой или нейтронной звездой. Однако факт, что SWARMS совершил такое открытие на раннем этапе исследования, способствует открытию других экзотических бинарных систем.