В недавно опубликованных работах исследователи оценили скорость коллапса ядра сверхновой в Млечном Пути в 1.63 ± 0.46 события в столетие. Таким образом, учитывая, что последняя вспышка сверхновой SN 1987A наблюдалась 35 лет назад в 1987 г., следующую вспышку сверхновой в Млечном Пути можно ожидать в любое время в ближайшем будущем.
Жизненный путь звезды и сверхновой
На шкале времени в миллиарды лет, Число звезд: проходят жизненный путь, они рождаются, стареют и, наконец, умирают со взрывом и последующим рассеянием звездного вещества в межзвездное пространство в виде пыли или облака.
Жизнь звезды начинается в туманности (облаке пыли, водорода, гелия и других ионизированных газов), когда в результате гравитационного коллапса гигантского облака возникает протозвезда. Он продолжает расти с аккрецией газа и пыли, пока не достигнет своей окончательной массы. Конечная масса звезды определяет ее продолжительность жизни, а также то, что происходит со звездой в течение ее жизни.
Все звезды получают энергию от ядерного синтеза. Сгорание ядерного топлива в активной зоне создает сильное внешнее давление из-за высокой температуры активной зоны. Это уравновешивает внутреннюю гравитационную силу. Баланс нарушается, когда заканчивается топливо в активной зоне. Температура падает, внешнее давление уменьшается. В результате гравитационная сила внутреннего сжатия становится доминирующей, заставляя ядро сжиматься и коллапсировать. То, чем звезда в конечном итоге окажется после коллапса, зависит от массы звезды. В случае сверхмассивных звезд, когда ядро коллапсирует за короткий промежуток времени, это создает огромные ударные волны. Мощный светящийся взрыв называется сверхновой.
Это преходящее астрономическое событие происходит на последней стадии эволюции звезды и оставляет после себя остаток сверхновой. В зависимости от массы звезды остаток может быть нейтронной звездой или черной дырой.
SN 1987A, последняя сверхновая.
Последней вспышкой сверхновой была SN 1987A, которая наблюдалась в южной части неба 35 лет назад, в феврале 1987 года. Это была первая такая вспышка сверхновой, видимая невооруженным глазом, со времен Кеплера в 1604 году. Млечный Путь), это была одна из самых ярких взорвавшихся звезд, наблюдавшихся за более чем 400 лет, которая сияла с силой 100 миллионов солнц в течение нескольких месяцев и давала уникальную возможность изучить фазы до, во время и после смерти звезды.
Изучение сверхновых очень важно
Изучение сверхновых полезно во многих отношениях, таких как измерение расстояний в космосе, понимание расширяющейся Вселенной и природы звезд как фабрик всех элементов, из которых состоит все (включая нас), найденное во Вселенной. Более тяжелые элементы, образующиеся в результате ядерного синтеза (более легких элементов) в ядре звезд, а также вновь созданные элементы при коллапсе ядра, при взрыве сверхновой распределяются по пространству. Сверхновые играют ключевую роль в распределении элементов по Вселенной.
К сожалению, в прошлом не было возможности внимательно наблюдать и изучать взрывы сверхновых. Тщательное наблюдение и изучение взрыва сверхновой в нашей родной галактике Млечный Путь было бы замечательно, потому что исследование в таких условиях никогда не могло быть проведено в лабораториях на Земле. Отсюда необходимость обнаружить сверхновую, как только она начнется. Но как узнать, когда вот-вот начнется взрыв сверхновой? Существует ли какая-либо система раннего предупреждения о воспрепятствовании взрыву сверхновой?
Нейтрино, маяк взрыва сверхновой
Примерно в конце жизненного пути, когда у звезды заканчиваются более легкие элементы в качестве топлива для ядерного синтеза, питающего ее, начинает преобладать внутренний гравитационный толчок, и внешние слои звезды начинают падать внутрь. Ядро начинает коллапсировать, и за несколько миллисекунд ядро сжимается настолько, что электроны и протоны объединяются, образуя нейтроны, и на каждый образовавшийся нейтрон высвобождается нейтрино.
Образовавшиеся таким образом нейтроны составляют протонейтронную звезду внутри ядра звезды, на которую остальная часть звезды падает под интенсивным гравитационным полем и отскакивает обратно. Возникшая ударная волна разрушает звезду, оставляя после себя единственное остаточное ядро (нейтронную звезду или черную дыру в зависимости от массы звезды), а остальная масса звезды рассеивается в межзвездном пространстве.
Огромный взрыв нейтрино образовавшийся в результате гравитационного коллапса ядра беспрепятственно уходит в космическое пространство из-за его невзаимодействующей природы с материей. Около 99% энергии гравитационной связи улетучивается в виде нейтрино (впереди фотонов, захваченных полем) и действует как маяк, препятствующий взрыву сверхновой. Эти нейтрино могут быть захвачены на Земле нейтринными обсерваториями, которые, в свою очередь, действуют как раннее предупреждение о возможном оптическом наблюдении взрыва сверхновой в ближайшее время.
Убегающие нейтрино также дают уникальное представление об экстремальных явлениях внутри взрывающейся звезды, которые могут иметь значение для понимания фундаментальных сил и элементарных частиц.
Система раннего предупреждения Supernova (SNEW)
Во время последней наблюдаемой сверхновой с коллапсом ядра (SN1987A) это явление наблюдалось невооруженным глазом. Нейтрино были обнаружены двумя водными черенковскими детекторами, Камиоканде-II и экспериментом Ирвин-Мичиган-Брукхейвен (IMB), в котором наблюдалось 19 событий взаимодействия нейтрино. Однако обнаружение нейтрино может послужить маяком или сигналом тревоги, препятствующим оптическому наблюдению за сверхновой. В результате различные обсерватории и астрономы не могли вовремя действовать для изучения и сбора данных.
С 1987 года нейтринная астрономия значительно продвинулась вперед. Теперь действует система оповещения о сверхновых SNWatch, которая запрограммирована на подачу сигнала тревоги экспертам и соответствующим организациям о возможном наблюдении сверхновой. Кроме того, по всему миру существует сеть нейтринных обсерваторий, называемая Системой раннего предупреждения о сверхновых (SNEWS), которые объединяют сигналы для повышения уверенности в обнаружении. Любая обычная активность передается на центральный сервер SNEWS отдельными детекторами. Кроме того, SNEWS недавно был обновлен до SNEWS 2.0, который также выдает предупреждения с более низкой достоверностью.
Неизбежная сверхновая в Млечном Пути
Нейтринные обсерватории, разбросанные по всему миру, стремятся впервые обнаружить нейтрино, возникающие в результате коллапса гравитационного ядра звезд в нашей родной галактике. Поэтому их успех во многом зависит от скорости коллапса ядра сверхновой в Млечном Пути.
В недавно опубликованных работах исследователи оценили скорость коллапса ядра сверхновой в Млечном Пути в 1.63 ± 0.46 события за 100 лет; примерно от одной до двух сверхновых в столетие. Кроме того, оценки предполагают, что временной интервал между коллапсом ядра сверхновой в Млечном Пути может составлять от 47 до 85 лет.
Следовательно, учитывая, что последняя вспышка сверхновой SN 1987A наблюдалась 35 лет назад, следующую вспышку сверхновой в Млечном Пути можно ожидать в любое время в ближайшем будущем. С объединенными в сеть нейтринными обсерваториями для обнаружения ранних вспышек и модернизированной системой раннего предупреждения о сверхновых (SNEW) ученые смогут внимательно изучить следующие экстремальные события, связанные со взрывом сверхновой умирающей звезды. Это будет знаменательное событие и уникальная возможность изучить фазы до, во время и после смерти звезды для лучшего понимания Вселенной.
источники:
- Галактика Фейерверк, NGC 6946: что делает эту галактику такой особенной? Научный европеец. Опубликовано 11 января 2021 г. Доступно по адресу https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Шольберг К. 2012. Обнаружение сверхновых нейтрино. Препринт axRiv. Доступны на https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Харуси С Ал, и др. 2021. SNEWS 2.0: система раннего предупреждения о сверхновых звездах следующего поколения для астрономии с несколькими мессенджерами. Новый журнал физики, том 23, март 2021 г. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Розвадовскааб К., Виссаниаб Ф. и Каппелларок Э., 2021. О скорости коллапса ядра сверхновых в Млечном пути. New Astronomy Volume 83, февраль 2021 г., 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Препринт axRiv доступен по адресу https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Мерфи, Коннектикут, и др. 2021. История свидетелей: распределение на небе, обнаруживаемость и частота появления сверхновых Млечного Пути невооруженным глазом. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, том 507, выпуск 1, октябрь 2021 г., страницы 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Препринт axRiv доступен по адресу https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
