Sinar kosmik - partikel yang telah dipercepat hingga mendekati kecepatan cahaya - mengalir keluar dari Matahari kita sepanjang waktu, meskipun mereka lamban secara positif dibandingkan dengan apa yang disebut Sinar Kosmik Energi Tinggi (UHECRs). Jenis-jenis sinar kosmik ini berasal dari sumber-sumber di luar Tata Surya, dan jauh lebih energik daripada yang berasal dari Matahari kita, meskipun juga jauh lebih jarang. Penggabungan antara bintang katai putih dan bintang neutron atau lubang hitam mungkin menjadi salah satu sumber sinar ini, dan merger semacam itu mungkin sering terjadi sehingga menjadi sumber paling signifikan dari partikel-partikel energetik ini.
Sloan White dwArf Radial velocity data Mining Survey (SWARMS) - yang merupakan bagian dari Sloan Digital Sky Survey - baru-baru ini menemukan sistem biner dari objek-objek eksotis yang hanya berjarak 50 parsec dari Tata Surya. Sistem ini, bernama SDSS 1257 + 5428, tampaknya merupakan bintang katai putih yang mengorbit bintang neutron atau lubang hitam bermassa rendah. Rincian tentang sistem dan penemuan awalnya dapat ditemukan di sebuah makalah oleh Carles Badenes, et al. sini.
Rekan penulis Todd Thompson, asisten profesor di Departemen Astronomi di Ohio State University, berpendapat dalam suratnya kepada The Astrophysical Journal Letters bahwa jenis sistem ini, dan penggabungan sisa-sisa bintang-bintang eksotis ini, mungkin lumrah, dan dapat menjelaskan jumlah UHECR yang saat ini diamati. Penggabungan antara bintang katai putih dan bintang neutron atau lubang hitam juga dapat membuat lubang hitam bermassa rendah, yang disebut lubang hitam "bayi".
Thompson menulis dalam sebuah wawancara email:
“Bintang katai putih / bintang neutron atau lubang hitam dianggap sangat langka, meskipun ada sejumlah besar dalam jumlah per galaksi seperti Bima Sakti dalam literatur. SWARMS adalah yang pertama mendeteksi sistem seperti itu menggunakan teknik "kecepatan radial", dan yang pertama menemukan objek seperti itu di dekatnya, hanya berjarak 50 parsec (sekitar 170 tahun cahaya). Untuk alasan ini, itu sangat mengejutkan, dan kedekatannya adalah yang memungkinkan kami untuk membuat argumen bahwa sistem ini harus sangat umum dibandingkan dengan sebagian besar harapan sebelumnya. SWARMS pasti sangat beruntung melihat sesuatu yang sangat langka begitu dekat. ”
Thompson, et al. berpendapat bahwa jenis merger ini mungkin merupakan sumber UHECR paling signifikan di galaksi Bima Sakti, dan bahwa seseorang harus bergabung di galaksi setiap 2.000 tahun. Jenis merger ini mungkin sedikit kurang umum daripada supernova Tipe Ia, yang berasal dari sistem biner katai putih.
Kerdil putih yang bergabung dengan bintang neutron juga akan menciptakan lubang hitam bermassa rendah sekitar 3 kali massa Matahari. Thompson berkata, “Faktanya, skenario ini kemungkinan karena kita berpikir bahwa bintang-bintang neutron tidak dapat eksis di atas 2-3 kali massa Matahari. Idenya adalah bahwa WD akan terganggu dan mengalir ke bintang neutron dan kemudian bintang neutron akan runtuh ke lubang hitam. Dalam hal ini, kita mungkin melihat sinyal pembentukan BH dalam gelombang gravitasi. "
Gelombang gravitasi yang dihasilkan dalam penggabungan seperti itu akan berada di atas rentang yang dapat dideteksi oleh Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), sebuah instrumen yang menggunakan laser untuk mendeteksi gelombang gravitasi (yang belum pernah terdeteksi ... belum), dan bahkan mungkin sebuah berjarak observatorium gelombang gravitasi dasar, Laser Interferometer Space Antenna NASA, LISA.
Sinar kosmik umum yang berasal dari Matahari kita memiliki energi pada skala 10 ^ 7 hingga 10 ^ 10 elektron-volt. Sinar kosmik energi ultra-tinggi adalah fenomena langka, tetapi mereka melebihi 10 ^ 20 elektron-volt. Bagaimana sistem seperti SDSS 1257 + 5428 menghasilkan sinar kosmik berenergi tinggi? Thompson menjelaskan bahwa ada dua kemungkinan yang sama menariknya.
Pada awalnya, pembentukan lubang hitam dan piringan akresi berikutnya dari merger akan menghasilkan jet agak seperti yang terlihat di pusat galaksi, tanda tanda quasar. Meskipun jet ini akan jauh, jauh lebih kecil, gelombang kejut di bagian depan jet akan mempercepat partikel ke energi yang diperlukan untuk menciptakan UHECR, kata Thompson.
Dalam skenario kedua, bintang neutron mencuri materi dari teman kerdil putih, dan pertambahan ini mulai berputar dengan cepat. Tegangan magnet yang terbentuk di permukaan bintang neutron, atau "magnetar", akan mampu mempercepat partikel apa pun yang berinteraksi dengan medan magnet intens hingga energi ultra-tinggi.
Penciptaan sinar kosmik energi ultra-tinggi oleh sistem semacam ini sangat teoretis, dan seberapa umum mereka di galaksi kita hanyalah perkiraan. Masih belum jelas begitu segera setelah penemuan SDSS 1257 + 5428 apakah objek pendamping dari katai putih adalah lubang hitam atau bintang neutron. Tetapi fakta bahwa SWARMS membuat penemuan sedemikian awal survei mendorong untuk penemuan sistem biner eksotis lebih lanjut.
“Sangat tidak mungkin bahwa SWARMS akan melihat 10 atau 100 lebih sistem seperti itu. Jika ya, tingkat merger seperti itu akan sangat (tidak masuk akal) tinggi. Yang mengatakan, kami sudah terkejut berkali-kali sebelumnya. Namun, mengingat luas total langit yang disurvei, jika perkiraan kami tentang tingkat merger seperti itu benar, SWARMS seharusnya hanya melihat sekitar 1 sistem seperti itu lagi, dan mereka mungkin tidak melihatnya. Survei serupa di langit selatan (saat ini tidak ada yang sebanding dengan Sloan Digital Sky Survey, yang menjadi dasar SWARMS) akan muncul sekitar 1 sistem seperti itu, ”kata Thompson.
Pengamatan SDSS 1257 + 5428 telah dilakukan menggunakan observatorium sinar-X Swift, dan beberapa pengukuran telah dilakukan dalam spektrum radio. Tidak ada sumber sinar gamma yang ditemukan di lokasi sistem menggunakan teleskop Fermi.
Thompson berkata, “Mungkin pengamatan yang akan datang yang paling penting dari sistem adalah untuk mendapatkan jarak yang benar melalui paralaks. Saat ini, jarak didasarkan pada sifat-sifat katai putih yang diamati. Pada prinsipnya,
itu seharusnya relatif mudah untuk menonton sistem selama tahun depan dan mendapatkan jarak paralaks, yang akan mengurangi banyak ketidakpastian seputar sifat fisik kurcaci putih. "
Sumber: Arxiv, wawancara email dengan Todd Thompson
