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.
Life course of a hvězda & supernova
V časovém měřítku miliard let, hvězdy undergo a life course, they are born, age and finally die with explosion and subsequent dispersal of star materials into interstellar prostor as dust or cloud.
Život a hvězda begins in a nebula (cloud of dust, hydrogen, helium and other ionized gases) when the gravitational collapse of a giant cloud give rise to a protostar. This continues to grow further with accretion of gas and dust until it reaches its final mass. The final mass of the hvězda determines its lifetime as well as what happens to the star during its life.
Zobrazit vše hvězdy derive their energy from nuclear fusion. The nuclear fuel burning in the core creates strong outward pressure due to the high core temperature. This balances out the inward gravitational force. The balance is disturbed when the fuel in the core runs out. Temperature drops, outward pressure diminishes. As a result, the gravitational force of the inward squeeze becomes dominant forcing the core to contract and collapse. What a star finally ends up as after collapse depends on the mass of the star. In the case of supermassive stars, When the core collapses in a short span of time, it creates enormous shock waves. The powerful, luminous explosion is called supernova.
This transient astronomical event occurs during the last evolutionary stage of a star and leave behind supernova remnant. Depending on the mass of the star, the remnant could be a neutron star or a černá díra.
SN 1987A, poslední supernova
The last supernova event was SN 1987A which was seen in southern sky 35 years ago in February 1987. It was the first such supernova event visible to the naked eye since Kepler’s in 1604. Located in the nearby Large Magellanic Cloud (a satellite galaxie of the Milky Way), it was one of the brightest exploding stars seen in more than 400 years that blazed with the power of 100 million suns for several months and provided unique opportunity to study the phases before, during, and after the death of a star.
Studium supernov je důležité
Study of supernova is helpful in several ways such as measuring distances in prostor, understanding of expanding vesmír and the nature of stars as the factories of all the elements that make everything (including us) found in the vesmír. The heavier elements formed as a result of nuclear fusion (of lighter elements) in the core of stars as well as the newly created elements during core collapse get distributed throughout prostor during supernova explosion. The supernovas play a key role in distributing elements throughout the vesmír.
Unfortunately, there has not been much of opportunity in the past to observe and study supernova explosion closely. Close observation and study of supernova explosion within our home galaxie Milky Way would be remarkable because the study under those conditions could never be conducted in laboratories on the Earth. Hence the imperative to detect the supernova as soon as it begins. But, how will one know when a supernova explosion is about to begin? Is there any early warning system for impeding supernova explosion?
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.
The neutrons thus formed constitute a proto-neutron star inside the core of the star upon which rest of the star fall down under intense gravitational field and bounce back. The shock wave generated disintegrates the star leaving the only core remanent (a neutron star or a černá díra depending on the mass of the star) behind and rest of the mass of the star disperses into interstellar prostor.
Obrovský výbuch neutrina produced as a result of gravitational core-collapse escape into outer prostor unimpeded due to its non-interactive nature with matter. About 99% of the gravitational binding energy escape as neutrinos (ahead of photons which are trapped in the field) and acts as beacon of impeding supernova explosion. These neutrinos can be captured on the earth by the neutrino observatories which in turn act as an early warning of a possible optical observation of supernova explosion soon.
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
Neutrino observatories spread across the world are aiming at first detection of neutrinos resulting from gravitational core collapse of the stars in our home galaxie. Their success therefore, is very much dependent on the rate of supernova core collapse in the Milky Way.
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.
Therefore, given the last supernova event, SN 1987A was observed 35 years ago, the next supernova event in the Milky Way may be expected any time in the near future. With the neutrino observatories networked to detect the early bursts and the upgraded Supernova Early Warning System (SNEW) in place, the scientists will be in position to have a close look at the next extreme happenings associated with supernova explosion of a dying star. This would a momentous event and an unique opportunity to study the phases before, during, and after the death of a star for a better understanding of the vesmír.
***
Zdroje:
- Ohňostroje galaxie, NGC 6946: What Make this galaxie so Special? Scientific European. Posted 11 January 2021. Available at 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
***
