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 cyklus hvězdy a supernovy
V časovém horizontu miliard let hvězdy procházejí životním cyklu, rodí se, stárnou a nakonec zanikají explozí a následným rozptýlením hvězdných materiálů do mezihvězdného prostoru ve formě prachu nebo oblaků.
Život hvězdy začíná v mlhovině (oblaku prachu, vodíku, helia a dalších ionizovaných plynů), kdy gravitačním kolapsem obřího oblaku vznikne protohvězda. Ta dále roste s narůstáním plynu a prachu, dokud nedosáhne své konečné hmotnosti. Konečná hmotnost hvězdy určuje její životnost a také to, co se s hvězdou během jejího života stane.
Všechny hvězdy získávají svou energii z jaderné fúze. Jaderné palivo spalující v jádře vytváří silný vnější tlak v důsledku vysoké teploty jádra. To vyrovnává vnitřní gravitační sílu. Rovnováha se naruší, když palivo v jádře dojde. Teplota klesá, vnější tlak se snižuje. V důsledku toho se gravitační síla vnitřního stlačení stává dominantní a nutí jádro ke smrštění a kolapsu. To, jak hvězda nakonec skončí po kolapsu, závisí na její hmotnosti. V případě supermasivních hvězd, když se jádro zhroutí v krátkém časovém úseku, vznikají obrovské rázové vlny. Silná, zářivá exploze se nazývá supernova.
K této přechodné astronomické události dochází během poslední evoluční fáze hvězdy a zanechává po sobě zbytek supernovy. V závislosti na hmotnosti hvězdy může být zbytkem neutronová hvězda nebo černá díra.
SN 1987A, poslední supernova
Poslední událostí supernovy byla SN 1987A, která byla pozorována na jižní obloze před 35 lety v únoru 1987. Byla to první taková událost supernovy viditelná pouhým okem od Keplerovy v roce 1604. Nachází se v nedalekém Velkém Magellanově mračnu (satelitní galaxii Mléčné dráhy) a byla jednou z nejjasnějších explodujících hvězd pozorovaných za více než 400 let. Po několik měsíců zářila silou 100 milionů sluncí a poskytla jedinečnou příležitost ke studiu fází před, během a po smrti hvězdy.
Studium supernov je důležité
Studium supernov je užitečné v několika ohledech, například měřením vzdáleností ve vesmíru , pochopením rozpínajícího se vesmíru a povahy hvězd jakožto továren všech prvků, které tvoří vše (včetně nás), co se ve vesmíru nachází . Těžší prvky vzniklé v důsledku jaderné fúze (lehčích prvků) v jádru hvězd, stejně jako nově vytvořené prvky během kolapsu jádra, se během exploze supernovy rozprostírají po celém prostoru . Supernovy hrají klíčovou roli v rozprostření prvků po celém vesmíru.
Bohužel v minulosti nebylo mnoho příležitostí k blízkému pozorování a studiu explozí supernov. Bližší pozorování a studium explozí supernov v naší domovské galaxii Mléčné dráhy by bylo pozoruhodné, protože studie za těchto podmínek by nikdy nemohla být provedena v laboratořích na Zemi. Proto je nezbytné detekovat supernovu, jakmile začne. Ale jak se dozvíme, kdy exploze supernovy začíná? Existuje nějaký systém včasného varování před hrozící explozí 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 vzniklé neutrony tvoří uvnitř jádra hvězdy protoneutronovou hvězdu, na kterou zbytek hvězdy dopadá pod intenzivním gravitačním polem a odráží se zpět. Vzniklá rázová vlna hvězdu rozpadá a zanechává za sebou jediné zbývající jádro (neutronovou hvězdu nebo černou díru v závislosti na hmotnosti hvězdy). Zbytek hmoty hvězdy se rozptýlí do mezihvězdného prostoru.
Obrovský záblesk neutrin , vzniklý v důsledku gravitačního kolapsu jádra, uniká nerušeně do vesmíru díky své neinterakční povaze s hmotou. Asi 99 % gravitační vazebné energie uniká jako neutrina (před fotony, které jsou zachyceny v poli) a slouží jako signál hrozící exploze supernovy. Tato neutrina mohou být na Zemi zachycena neutrinovými observatořemi, které následně slouží jako včasné varování před možným optickým pozorováním brzké exploze 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 po celém světě se zaměřují na první detekci neutrin vznikajících gravitačním kolapsem jádra hvězd v naší domovské galaxii . Jejich úspěch proto do značné míry závisí na rychlosti kolapsu jádra supernov 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, lze očekávat další událost supernovy v Mléčné dráze kdykoli v blízké budoucnosti. Díky propojení neutrinových observatoří pro detekci raných záblesků a zavedenému modernizovanému systému včasného varování před supernovami (SNEW) budou vědci schopni podrobně sledovat další extrémní jevy spojené s explozí supernovy umírající hvězdy. Jednalo by se o významnou událost a jedinečnou příležitost ke studiu fází před, během a po smrti hvězdy pro lepší pochopení vesmíru.
***
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
***
