W niedawno opublikowanych artykułach naukowcy oszacowali tempo zapadania się jądra supernowej w Drodze Mlecznej na 1.63 ± 0.46 zdarzeń na stulecie. Dlatego też, biorąc pod uwagę ostatnie zdarzenie supernowej, SN 1987A, zaobserwowano 35 lat temu w 1987 roku, następnego zdarzenia supernowej w Drodze Mlecznej można się spodziewać w najbliższej przyszłości.
Przebieg życia A gwiazda i supernowa
W skali czasu miliardów lat, gwiazdy przechodzą cykl życia, rodzą się, starzeją i ostatecznie umierają w wyniku eksplozji, a następnie rozproszenia materiałów gwiezdnych w przestrzenie międzygwiezdne przestrzeń jako pył lub chmura.
Życie gwiazda zaczyna się w mgławicy (chmura pyłu, wodoru, helu i innych zjonizowanych gazów), kiedy zapadnięcie się grawitacyjne gigantycznej chmury powoduje powstanie protogwiazdy. Ta rośnie dalej wraz z gromadzeniem się gazu i pyłu, aż osiągnie ostateczną masę. Ostateczna masa gwiazda określa jej czas życia i to, co dzieje się z gwiazdą w trakcie jej życia.
Wszystkie kategorie gwiazdy czerpią energię z syntezy jądrowej. Paliwo jądrowe spalające się w rdzeniu wytwarza silne ciśnienie zewnętrzne z powodu wysokiej temperatury rdzenia. To równoważy wewnętrzną siłę grawitacji. Równowaga zostaje zachwiana, gdy kończy się paliwo w rdzeniu. Temperatura spada, ciśnienie zewnętrzne maleje. W rezultacie siła grawitacji ściskająca do wewnątrz staje się dominująca, zmuszając rdzeń do kurczenia się i zapadania. To, jaki ostatecznie będzie kształt gwiazdy po zapadnięciu się, zależy od masy gwiazdy. W przypadku supermasywnych gwiazd, gdy rdzeń zapada się w krótkim czasie, powstają ogromne fale uderzeniowe. Potężna, świetlista eksplozja nazywana jest supernową.
To przejściowe wydarzenie astronomiczne ma miejsce podczas ostatniego etapu ewolucji gwiazdy i pozostawia po sobie pozostałość po supernowej. W zależności od masy gwiazdy pozostałością może być gwiazda neutronowa lub a czarna dziura.
SN 1987A, ostatnia supernowa
Ostatnim zdarzeniem supernowej była SN 1987A, którą zaobserwowano na południowym niebie 35 lat temu, w lutym 1987 r. Było to pierwsze tego typu zdarzenie supernowej widoczne gołym okiem od czasu Keplera w 1604 r. Zlokalizowana w pobliskim Wielkim Obłoku Magellana (satelita galaktyka Drogi Mlecznej), była to jedna z najjaśniejszych eksplodujących gwiazd widzianych od ponad 400 lat, która przez kilka miesięcy świeciła z mocą 100 milionów słońc, dając wyjątkową okazję do badania faz przed, w trakcie i po śmierci gwiazdy. gwiazda.
Badanie supernowej jest ważne
Badanie supernowych jest pomocne na kilka sposobów, np. pomiar odległości przestrzeń, zrozumienie rozszerzania się wszechświat oraz naturę gwiazd jako fabryk wszystkich pierwiastków tworzących wszystko (łącznie z nami) znajdujące się w wszechświat. Cięższe pierwiastki powstałe w wyniku syntezy jądrowej (lżejszych pierwiastków) w jądrze gwiazd, a także nowo powstałe pierwiastki podczas zapadania się jądra, są rozprowadzane po całej przestrzeń podczas wybuchu supernowej. Supernowe odgrywają kluczową rolę w rozprowadzaniu pierwiastków po całym Wszechświecie wszechświat.
Niestety w przeszłości nie było zbyt wielu okazji do dokładnej obserwacji i badania eksplozji supernowych. Dokładna obserwacja i badanie eksplozji supernowej w naszym domu galaktyka Droga Mleczna byłaby niezwykła, ponieważ badań w takich warunkach nigdy nie dałoby się przeprowadzić w laboratoriach na Ziemi. Dlatego konieczne jest wykrycie supernowej zaraz po jej rozpoczęciu. Ale skąd wiadomo, kiedy ma się rozpocząć eksplozja supernowej? Czy istnieje system wczesnego ostrzegania, który może zapobiec wybuchowi supernowej?
Neutrino, latarnia morska wybuchu supernowej
Pod koniec cyklu życia, gdy gwiazda wyczerpuje się lżejszych pierwiastków jako paliwa dla napędzającej ją syntezy jądrowej, dominuje wewnętrzne pchnięcie grawitacyjne i zewnętrzne warstwy gwiazdy zaczynają opadać do wewnątrz. Rdzeń zaczyna się zapadać iw ciągu kilku milisekund rdzeń zostaje tak ściśnięty, że elektrony i protony łączą się, tworząc neutrony, a dla każdego utworzonego neutronu uwalniane jest neutrino.
Powstałe w ten sposób neutrony stanowią gwiazdę proto-neutronową wewnątrz jądra gwiazdy, na którą reszta gwiazdy opada pod intensywnym polem grawitacyjnym i odbija się. Wygenerowana fala uderzeniowa rozbija gwiazdę, pozostawiając jedyną pozostałość jądra (gwiazdę neutronową lub a czarna dziura w zależności od masy gwiazdy) za gwiazdą, a reszta masy gwiazdy rozprasza się w przestrzeni międzygwiazdowej przestrzeń.
Ogromny wybuch neutrina powstający w wyniku grawitacyjnego zapadnięcia się jądra i ucieczki na zewnątrz przestrzeń niezakłócony ze względu na swój nieinteraktywny charakter z materią. Około 99% energii wiązania grawitacyjnego ucieka w postaci neutrin (przed fotonami uwięzionymi w polu) i działa jak latarnia ostrzegawcza utrudniająca eksplozję supernowej. Neutrina te mogą być wychwytywane na Ziemi przez obserwatoria neutrin, które z kolei pełnią funkcję wczesnego ostrzegania o możliwej wkrótce optycznej obserwacji wybuchu supernowej.
Uciekające neutrina zapewniają również unikalne okno na ekstremalne wydarzenia wewnątrz eksplodującej gwiazdy, które mogą mieć wpływ na zrozumienie fundamentalnych sił i cząstek elementarnych.
System wczesnego ostrzegania o supernowej (NOWOŚĆ)
W czasie ostatniej zaobserwowanej supernowej z zapadnięciem się jądra (SN1987A) zjawisko to było obserwowane gołym okiem. Neutrina zostały wykryte przez dwa wodne detektory Czerenkowa, Kamiokande-II i eksperyment Irvine-MichiganBrookhaven (IMB), w którym zaobserwowano 19 interakcji neutrin. Jednak wykrycie neutrin może działać jako światło ostrzegawcze lub alarm utrudniający optyczną obserwację supernowej. W rezultacie różne obserwatoria i astronomowie nie mogli działać na czas, aby badać i gromadzić dane.
Od 1987 roku astronomia neutrin znacznie się rozwinęła. Teraz działa system ostrzegania o supernowej SNWatch, który jest zaprogramowany tak, aby alarmował ekspertów i odpowiednie organizacje o możliwej obserwacji supernowej. Ponadto na całym świecie istnieje sieć obserwatoriów neutrin o nazwie Supernova Early Warning System (SNEWS), która łączy sygnały w celu zwiększenia pewności wykrywania. Każda zwykła aktywność jest zgłaszana do centralnego serwera SNEWS przez poszczególne detektory. Co więcej, SNEWS przeszedł niedawno aktualizację do SNEWS 2.0, która również generuje alerty o niższym poziomie zaufania.
Nieuchronna supernowa w Drodze Mlecznej
Obserwatoria neutrin rozsiane po całym świecie dążą do pierwszego wykrycia neutrin powstających w wyniku zapadnięcia się jądra grawitacyjnego gwiazd w naszym domu galaktyka. Dlatego ich powodzenie w dużym stopniu zależy od tempa zapadania się jądra supernowej w Drodze Mlecznej.
W niedawno opublikowanych artykułach naukowcy oszacowali tempo zapadania się jądra supernowej w Drodze Mlecznej na 1.63 ± 0.46 zdarzeń na 100 lat; około jednej do dwóch supernowych na stulecie. Ponadto szacunki sugerują, że odstęp czasu między supernową zapadania się jądra w Drodze Mlecznej może wynosić od 47 do 85 lat.
Dlatego też, biorąc pod uwagę ostatnie zdarzenie supernowej, SN 1987A, zaobserwowane 35 lat temu, kolejnego zdarzenia supernowej w Drodze Mlecznej można spodziewać się w najbliższej przyszłości. Dzięki połączeniu obserwatoriów neutrin w celu wykrywania wczesnych rozbłysków oraz wdrożeniu ulepszonego systemu wczesnego ostrzegania o supernowych (SNEW), naukowcy będą mogli z bliska przyjrzeć się kolejnym ekstremalnym wydarzeniom związanym z eksplozją supernowej umierającej gwiazdy. Byłoby to doniosłe wydarzenie i wyjątkowa okazja do zbadania faz przed, w trakcie i po śmierci gwiazdy w celu lepszego zrozumienia wszechświat.
***
Źródła:
- Fajerwerki Galaktyka, NGC 6946: Co sprawia, że to Galaktyka tak wyjątkowy? Naukowy Europejczyk. Opublikowano 11 stycznia 2021 r. Dostępne pod adresem http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Scholberg K. 2012. Wykrywanie neutrin supernowych. Preprint axRiv. Dostępne o https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Kharusi S Al, i wsp 2021. SNEWS 2.0: system wczesnego ostrzegania o supernowej nowej generacji dla astronomii wykorzystującej wiele komunikatorów. New Journal of Physics, tom 23, marzec 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F. i Cappellaroc E., 2021. O tempie zapadania się jądra supernowych w Drodze Mlecznej. New Astronomy Volume 83, luty 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Preprint axRiv dostępny pod adresem https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Murphey, CT, i wsp 2021. Historia świadków: rozkład na niebie, wykrywalność i częstość występowania supernowych w Drodze Mlecznej gołym okiem. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, tom 507, wydanie 1, październik 2021, strony 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Preprint axRiv Dostępne w https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
