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Los rayos cósmicos —partículas que se han acelerado a cerca de la velocidad de la luz— fluyen desde nuestro Sol todo el tiempo, aunque son positivamente flojos en comparación con lo que se llama Ultra-High-Energy Cosmic Rays (Rayos Cósmicos de Energía Ultra Alta, UHECRs)

Estos tipos de rayos cósmicos proceden de fuentes fuera del Sistema Solar, y son mucho más potentes que los de nuestro Sol, aunque también mucho más raros. Una de las fuentes de estos rayos puede er la fusión de una enana blanca y una estrella de neutrones o un agujero negro, y estas fusiones se pueden producir tan seguido como para que sean la fuente más importante de estas partículas energéticas.

El censo Sloan White dwArf Radial velocity data Mining Survey (SWARMS, búsqueda de datos de velocidad radial de enanas blancas de Sloan), que forma parte del censo Sloan Digital Sky, recientemente descubrió un sistema binario de objetos exóticos a sólo 50 parsecs del Sistema Solar. Este sistema, denominado SDSS 1257 5428, parece ser una estrella enana blanca que orbita una estrella de neutrones o un agujero negro de poca masa. Los detalles sobre el sistema y su descubrimiento inicial se puede encontrar en un documento por Carles Badenes, et al AQUÍ.

El co-autor Todd Thompson, profesor asistente en el Departamento de Astronomía de la Universidad Estatal de Ohio, sostiene en una carta reciente a The Astrophysical Journal Letters que este tipo de sistema, y la posterior fusión de estos remanentes exóticos de estrellas, puede ser común, y podría dar cuenta de la cantidad de UHECRs que se observan en la actualidad. La fusión entre la enana blanca y una estrella de neutrones o un agujero negro también puede crear un agujero negro de poca masa, el llamado agujero negro «bebé».

Thompson escribió en una entrevista por correo electrónico:

«Se piensa que los sistemas binarios enana blanca / estrella de neutrones o un agujero negro son bastante escasos, aunque en la literatura hay una enorme variedad en una cantidad de galaxias como la Vía Láctea. SWARMS fue el primero en detectar este tipo de sistema utilizando la técnica de la velocidad radial, y el primero en encontrar un objeto así tan cerca, a sólo 50 parsecs (unos 170 años luz). Por esta razón, esto fue muy sorprendente, y su relativa proximidad es lo que nos permitió argumentar que estos sistemas deben ser bastante comunes en comparación con de la mayoría las anteriores expectativas. SWARMS tendría que tener mucha suerte para ver algo tan raro tan cerca».

Thompson y sus compañeros argumentan que este tipo de fusiones puede ser la fuente más importante de UHECRs en la galaxia Vía Láctea, y que se debería fusionar uno en la galaxia aproximadamente cada 2.000 años. Estos tipos de fusiones pueden ser ligeramente menos frecuentes que las supernovas de tipo Ia, que se originan en los sistemas binarios de enanas blancas.

Una fusión de una enana blanca con una estrella de neutrones también crearía un agujero negro de poca masa de alrededor de 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 la enana blanca sería desbaratada y caería en la estrella de neutrones, hasta que la estrella de neutrones colapsaría en un agujero negro. En este caso, podríamos ver la señal de la formación de un agujero negro en las ondas de gravedad».

Las ondas gravitacionales producidas en esta fusión estarían por encima del rango detectable por el Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO), un instrumento que utiliza el láser para detectar las ondas de gravedad (ninguna se ha detectado todavía …), e incluso, posiblemente, un observatorio espacial de ondas gravitacionales de la NASA, Antena Espacial por Interferómetro Láser, LISA.

Los rayos cósmicos comunes que provienen de nuestro Sol tienen una energía en la escala de 107 a 1010 electrón-voltios. Los rayos cósmicos de ultra-alta energía son un fenómeno raro, pero superan los 1020 electrón-voltios. ¿Cómo producen esos rayos cósmicos de alta energía los sistemas como SDSS 1257 5428?. Thompson explicó que hay dos posibilidades igualmente fascinantes.

En la primera, la formación de un agujero negro y el disco de acreción posterior a la fusión generaría un chorro parecido a los que se observan en el centro de las galaxias, señal reveladora de un cuásar. Aunque estos chorros sería mucho, mucho más pequeños, las ondas de choque en la parte delantera del chorro aceleran las partículas a las energías necesarias para crear UHECRs, dijo Thompson.

En el segundo escenario, la estrella de neutrones roba materia de la compañera enana blanca, y esta acumulación la hace girar rápidamente. Las tensiones magnéticas que se crean en la superficie de la estrella de neutrones, o «magnetar», serían capaces de acelerar las partículas que interactúan con el intenso campo magnético a energías ultra-altas.

La creación de estos rayos cósmicos de energía ultra-alta en estos sistemas es muy teórico, y cuán comunes pueden ser en nuestra galaxia es sólo una estimación. No está claro a poco tiempo del descubrimiento de SDSS 1257 5428 si el acompañante de la enana blanca es un agujero negro o una estrella de neutrones. Pero el hecho de que SWARMS haya realizado un descubrimiento tan temprano en su búsqueda es alentador para el descubrimiento de nuevos sistemas exóticos binarios.

«No es probable que SWARMS vaya a observar 10 ó 100 sistemas así más. Si así fuera, el ritmo de fusiones sería muy alto (e inverosímil). Hay que decir que hemos sido sorprendidos muchas veces antes. Sin embargo, dado el total de área del cielo censado, si nuestra estimación del ritmo de estas fusiones es correcto, SWARMS debe observar sólo un sistema así más, y puede que no vea ninguno. Un censo similar en el hemisferio sur (no hay nada comparable en este momento a Sloan Digital Sky Survey, en el que se basa SWARMS) debería a su vez observar, aproximadamente, un sistema de este tipo», dijo Thompson.

Ya se han realizado observaciones de SDSS 1257 5428 utilizando el observatorio Swift de rayos X, y se han tomado algunas medidas en el espectro radioeléctrico. No se encontró ninguna fuente de rayos gamma en la ubicación del sistema con el telescopio Fermi.

Thompson dijo: «probablemente la observación más importante que falta del sistema es conseguir su verdadera distancia a través de paralaje. Ahora, la distancia se basa en las propiedades de la enana blanca observada. En principio, debería ser relativamente fácil de observar el sistema durante el próximo año y obtener una distancia por paralaje, lo que disminuirá muchas de las incertidumbres que rodean a las propiedades físicas de la enana blanca. »

Más datos en Arxiv, entrevista por correo electrónico con Todd Thompson.

Fuente: Universe Today. Aportado por Eduardo J. Carletti


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