V nedávno publikovaných pracích výzkumníci odhadli rychlost kolapsu jádra supernovy v Mléčné dráze na 1.63 ± 0.46 událostí za století. Proto vzhledem k poslední události supernovy, SN 1987A, byla pozorována před 35 lety v roce 1987, další událost supernovy v Mléčné dráze lze očekávat kdykoli v blízké budoucnosti.
Životní běh a hvězda & supernova
V časovém měřítku miliard let, hvězdy procházejí životní dráhou, rodí se, stárnou a nakonec umírají výbuchem a následným rozptýlením hvězdných materiálů do mezihvězdného prostoru prostor jako prach nebo mrak.
Život a hvězda začíná v mlhovině (mrak prachu, vodíku, helia a dalších ionizovaných plynů), když gravitační kolaps obřího mraku dá vzniknout protohvězdě. To dále roste s narůstáním plynu a prachu, dokud nedosáhne své konečné hmotnosti. Konečná hmotnost hvězda určuje její životnost a také to, co se s hvězdou během jejího života děje.
Zobrazit vše hvězdy získávají energii z jaderné fúze. Jaderné palivo hořící v aktivní zóně vytváří silný vnější tlak v důsledku vysoké teploty jádra. Tím se vyrovná vnitřní gravitační síla. Rovnováha je narušena, když dojde palivo v aktivní zóně. Teplota klesá, vnější tlak klesá. V důsledku toho se gravitační síla vnitřního stlačení stává dominantní a nutí jádro se smršťovat a zhroutit. To, jak hvězda nakonec skončí po kolapsu, závisí na hmotnosti hvězdy. V případě supermasivních hvězd, když se jádro zhroutí v krátkém časovém úseku, vytvoří obrovské rázové vlny. Silný, světelný výbuch se nazývá supernova.
Tato přechodná astronomická událost nastává během poslední evoluční fáze hvězdy a zanechává za sebou zbytky supernovy. V závislosti na hmotnosti hvězdy by zbytek mohl být neutronová hvězda nebo a černá díra.
SN 1987A, poslední supernova
Poslední supernovou byla SN 1987A, která byla spatřena na jižní obloze před 35 lety v únoru 1987. Byla to první taková supernova viditelná pouhým okem od Keplerovy události v roce 1604. Nachází se v nedalekém Velkém Magellanově mračnu (satelit galaxie Mléčné dráhy), byla to jedna z nejjasnějších explodujících hvězd za více než 400 let, která po několik měsíců zářila silou 100 milionů sluncí a poskytla jedinečnou příležitost studovat fáze před, během a po smrti člověka. hvězda.
Studium supernov je důležité
Studium supernov je užitečné několika způsoby, jako je měření vzdáleností v prostor, pochopení rozšiřování vesmír a povaha hvězd jako továren všech prvků, které tvoří vše (včetně nás) nacházející se v vesmír. Těžší prvky vzniklé v důsledku jaderné fúze (lehčích prvků) v jádru hvězd, stejně jako nově vzniklé prvky při kolapsu jádra, se distribuují po celém prostor při výbuchu supernovy. Supernovy hrají klíčovou roli v distribuci prvků po celém světě vesmír.
Bohužel v minulosti nebylo mnoho příležitostí pozorovat a studovat explozi supernovy zblízka. Důkladné pozorování a studium výbuchu supernovy v našem domě galaxie Mléčná dráha by byla pozoruhodná, protože studie za těchto podmínek by nikdy nemohla být provedena v laboratořích na Zemi. Proto je nutné detekovat supernovu, jakmile začne. Ale jak se dá vědět, kdy má začít exploze supernovy? Existuje nějaký systém včasného varování, který by zabránil výbuchu supernovy?
Neutrino, maják výbuchu supernovy
Na konci životního cyklu, když hvězdě dojdou lehčí prvky jako palivo pro jadernou fúzi, která ji pohání, převládne vnitřní gravitační tlak a vnější vrstvy hvězdy začnou padat dovnitř. Jádro se začne hroutit a během několika milisekund se jádro natolik stlačí, že se elektrony a protony spojí za vzniku neutronů a z každého vytvořeného neutronu se uvolní neutrino.
Takto vytvořené neutrony tvoří protoneutronovou hvězdu uvnitř jádra hvězdy, na kterou zbytek hvězdy padá pod intenzivním gravitačním polem a odráží se zpět. Vytvořená rázová vlna rozloží hvězdu a zanechá jediné jádro pozůstatku (neutronovou hvězdu nebo a černá díra v závislosti na hmotnosti hvězdy) za a zbytek hmoty hvězdy se rozptýlí do mezihvězd prostor.
Obrovský výbuch neutrina vzniklé v důsledku gravitačního kolapsu jádra úniku do vnějšího prostor bez překážek díky své neinteraktivní povaze s hmotou. Asi 99 % gravitační vazebné energie uniká jako neutrina (před fotony, které jsou zachyceny v poli) a působí jako maják bránící explozi supernovy. Tato neutrina mohou na Zemi zachytit neutrinové observatoře, které zase fungují jako včasné varování před možným brzkým optickým pozorováním výbuchu supernovy.
Unikající neutrina také poskytují jedinečné okno do extrémních událostí uvnitř explodující hvězdy, které mohou mít důsledky pro pochopení základních sil a elementárních částic.
Systém včasného varování supernovy (SNEW)
V době poslední pozorované supernovy s kolapsem jádra (SN1987A) byl jev pozorován pouhým okem. Neutrina byla detekována dvěma vodními Čerenkovovými detektory, Kamiokande-II a experimentem Irvine-MichiganBrookhaven (IMB), který pozoroval 19 událostí interakce neutrin. Detekce neutrin by však mohla fungovat jako maják nebo alarm bránící optickému pozorování supernovy. V důsledku toho různé observatoře a astronomové nemohli včas jednat a studovat a shromažďovat data.
Od roku 1987 neutrinová astronomie značně pokročila. Nyní je na svém místě výstražný systém supernovy SNWatch, který je naprogramován tak, aby upozorňoval odborníky a příslušné organizace na možné pozorování supernovy. A po celém světě existuje síť neutrinových observatoří, nazývaných Supernova Early Warning System (SNEWS), které kombinují signály pro zvýšení spolehlivosti detekce. Každou běžnou činnost jednotlivé detektory hlásí na centrální server SNEWS. Dále SNEWS nedávno prošel upgradem na SNEWS 2.0, který také produkuje výstrahy s nižší spolehlivostí.
Blížící se supernova v Mléčné dráze
Neutrinové observatoře rozmístěné po celém světě se zaměřují na první detekci neutrin vzniklých kolapsem gravitačního jádra hvězd u nás doma galaxie. Jejich úspěch proto do značné míry závisí na rychlosti kolapsu jádra supernovy v Mléčné dráze.
V nedávno publikovaných pracích výzkumníci odhadli rychlost kolapsu jádra supernovy v Mléčné dráze na 1.63 ± 0.46 událostí za 100 let; zhruba jedna až dvě supernovy za století. Dále odhady naznačují, že časový interval mezi zhroucením jádra supernovy v Mléčné dráze by mohl být mezi 47 až 85 lety.
Vzhledem k tomu, že poslední událost supernovy, SN 1987A, byla pozorována před 35 lety, další událost supernovy v Mléčné dráze lze očekávat kdykoli v blízké budoucnosti. S neutrinovými observatořemi zapojenými do sítě pro detekci raných výbuchů a vylepšeným systémem včasného varování supernovy (SNEW) budou vědci v pozici, aby mohli zblízka sledovat další extrémní události spojené s explozí supernovy umírající hvězdy. Byla by to významná událost a jedinečná příležitost studovat fáze před, během a po smrti hvězdy pro lepší pochopení vesmír.
***
Zdroje:
- Ohňostroje galaxie, NGC 6946: What Make this galaxie tak speciální? Vědecký Evropan. Publikováno 11. ledna 2021. Dostupné na http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Scholberg K. 2012. Detekce neutrin supernovy. Předtisk axRiv. Dostupné v https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Kharusi S Al, et al 2021. SNEWS 2.0: systém včasného varování nad supernovou nové generace pro astronomii s více posly. New Journal of Physics, svazek 23, březen 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F. a Cappellaroc E., 2021. O rychlosti kolapsu jádra supernov v mléčné dráze. New Astronomy Volume 83, únor 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Předtisk axRiv k dispozici na https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Murphey, ČT, et al 2021. Historie svědků: rozložení na obloze, detekovatelnost a četnost supernov Mléčné dráhy pouhým okem. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, svazek 507, vydání 1, říjen 2021, strany 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Předtisk axRiv Dostupné na https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
