I nylig publiserte artikler har forskere estimert frekvensen av supernovakjernekollaps i Melkeveien til å være 1.63 ± 0.46 hendelser per århundre. Derfor, gitt den siste supernovahendelsen, SN 1987A ble observert for 35 år siden i 1987, kan den neste supernovahendelsen i Melkeveien forventes når som helst i nær fremtid.
Livsløpet til en stjerne & supernova
På en tidsskala av milliarder av år, stjerner gjennomgår et livsløp, de blir født, eldes og dør til slutt med eksplosjon og påfølgende spredning av stjernematerialer til interstellare plass som støv eller sky.
Livet til en stjerne begynner i en tåke (sky av støv, hydrogen, helium og andre ioniserte gasser) når gravitasjonskollapsen til en gigantisk sky gir opphav til en protostjerne. Dette fortsetter å vokse videre med akkresjon av gass og støv til det når sin endelige masse. Den endelige massen av stjerne bestemmer levetiden så vel som hva som skjer med stjernen i løpet av dens levetid.
Alle stjerner henter sin energi fra kjernefysisk fusjon. Kjernebrenselet som brenner i kjernen skaper sterkt utadgående trykk på grunn av den høye kjernetemperaturen. Dette balanserer ut den indre gravitasjonskraften. Balansen blir forstyrret når drivstoffet i kjernen går tom. Temperaturen synker, det ytre trykket avtar. Som et resultat blir gravitasjonskraften til den innadvendte klemmen dominerende og tvinger kjernen til å trekke seg sammen og kollapse. Hva en stjerne til slutt ender opp som etter kollaps avhenger av stjernens masse. Når det gjelder supermassive stjerner, når kjernen kollapser i løpet av kort tid, skaper det enorme sjokkbølger. Den kraftige, lysende eksplosjonen kalles supernova.
Denne forbigående astronomiske hendelsen skjer under det siste evolusjonsstadiet av en stjerne og etterlater supernova-rester. Avhengig av massen til stjernen, kan resten være en nøytronstjerne eller en svart hull.
SN 1987A, den siste supernovaen
Den siste supernovahendelsen var SN 1987A som ble sett på den sørlige himmelen for 35 år siden i februar 1987. Det var den første slike supernovahendelse som var synlig for det blotte øye siden Keplers i 1604. Ligger i den nærliggende store magellanske skyen (en satellitt). galakse av Melkeveien), var det en av de mest lyssterke eksploderende stjernene sett på mer enn 400 år som flammet med kraften til 100 millioner soler i flere måneder og ga en unik mulighet til å studere fasene før, under og etter døden til en stjerne.
Studie av supernova er viktig
Studie av supernova er nyttig på flere måter som å måle avstander i plass, forståelse for å utvide univers og stjernenes natur som fabrikkene til alle elementene som gjør alt (inkludert oss) som finnes i univers. De tyngre elementene dannet som et resultat av kjernefysisk fusjon (av lettere elementer) i kjernen av stjerner, så vel som de nyskapte elementene under kjernekollaps, blir fordelt over hele plass under supernovaeksplosjon. Supernovaene spiller en nøkkelrolle i å distribuere elementer gjennom hele univers.
Dessverre har det ikke vært mange muligheter tidligere til å observere og studere supernovaeksplosjon på nært hold. Nær observasjon og studie av supernovaeksplosjon i hjemmet vårt galakse Melkeveien ville være bemerkelsesverdig fordi studien under disse forholdene aldri kunne gjennomføres i laboratorier på jorden. Derfor er det nødvendig å oppdage supernovaen så snart den begynner. Men hvordan vil man vite når en supernovaeksplosjon er i ferd med å begynne? Er det noe tidlig varslingssystem for å hindre supernovaeksplosjon?
Neutrino, fyrtårnet for supernovaeksplosjon
Rundt slutten av livsløpet, når en stjerne går tom for lettere grunnstoffer som brensel for atomfusjonen som driver den, dominerer gravitasjonspresset innover og de ytre lagene av stjernen begynner å falle innover. Kjernen begynner å kollapse og i løpet av få millisekunder blir kjernen så komprimert at elektroner og protoner kombineres for å danne nøytroner og en nøytrino frigjøres for hvert nøytron som dannes.
Nøytronene som dannes på denne måten utgjør en protonøytronstjerne inne i stjernens kjerne, hvor resten av stjernen faller ned under intenst gravitasjonsfelt og spretter tilbake. Sjokkbølgen som genereres desintegrerer stjernen og etterlater den eneste kjerneremanenten (en nøytronstjerne eller en svart hull avhengig av massen til stjernen) bak og resten av massen til stjernen spres til interstellar plass.
Det enorme utbruddet av nøytrinoer produsert som et resultat av gravitasjons-kjerne-kollaps-flukt til ytre plass uhindret på grunn av dens ikke-interaktive natur med materie. Omtrent 99 % av gravitasjonsbindingsenergien slipper ut som nøytrinoer (foran fotoner som er fanget i feltet) og fungerer som et fyrtårn for å hindre supernovaeksplosjon. Disse nøytrinoene kan fanges på jorden av nøytrinobservatoriene som igjen fungerer som et tidlig varsel om en mulig optisk observasjon av supernovaeksplosjon snart.
De unnslippende nøytrinoene gir også et unikt vindu til ekstreme hendelser inne i en eksploderende stjerne som kan ha implikasjoner i forståelsen av de grunnleggende kreftene og elementærpartiklene.
Supernova tidlig varslingssystem (SNEW)
På tidspunktet for sist observerte kjernekollaps supernova (SN1987A), ble fenomenet observert med det blotte øye. Nøytrinoene ble oppdaget av to vann-Cherenkov-detektorer, Kamiokande-II og Irvine-MichiganBrookhaven (IMB)-eksperimentet som hadde observert 19 nøytrino-interaksjonshendelser. Imidlertid kan deteksjon av nøytrinoer fungere som fyr eller alarm for å hindre optisk observasjon av supernovaen. Som et resultat kunne ikke ulike observatorier og astronomer handle i tide for å studere og samle data.
Siden 1987 har nøytrino-astronomi kommet langt. Nå er supernovavarslingssystemet SNWatch på plass som er programmert til å avgi alarm til ekspertene og relevante organisasjoner om en mulig observasjon av supernova. Og det er et nettverk av nøytrinobservatorier over hele verden, kalt Supernova Early Warning System (SNEWS) som kombinerer signaler for å forbedre tilliten til en deteksjon. Enhver vanlig aktivitet varsles til en sentral SNEWS-server av individuelle detektorer. Videre hadde SNEWS nylig gjennomgått oppgradering til SNEWS 2.0, som også gir varsler med lavere tillit.
Forestående Supernova i Melkeveien
Nøytrino-observatorier spredt over hele verden tar sikte på første oppdagelse av nøytrinoer som følge av gravitasjonskjernekollaps av stjernene i hjemmet vårt galakse. Deres suksess er derfor veldig avhengig av hastigheten på supernovakjernekollaps i Melkeveien.
I nylig publiserte artikler har forskere estimert frekvensen av supernovakjernekollaps i Melkeveien til å være 1.63 ± 0.46 hendelser per 100 år; omtrent en til to supernovaer per århundre. Videre antyder estimater at tidsintervallet mellom kjernekollaps supernova i Melkeveien kan være mellom 47 og 85 år.
Derfor, gitt den siste supernovahendelsen, SN 1987A ble observert for 35 år siden, kan den neste supernovahendelsen i Melkeveien forventes når som helst i nær fremtid. Med nøytrinobservatoriene i nettverk for å oppdage de tidlige utbruddene og det oppgraderte Supernova Early Warning System (SNEW) på plass, vil forskerne være i stand til å se nærmere på de neste ekstreme hendelsene knyttet til supernovaeksplosjon av en døende stjerne. Dette vil være en betydningsfull begivenhet og en unik mulighet til å studere fasene før, under og etter en stjernes død for en bedre forståelse av univers.
***
kilder:
- Fyrverkeriet Galaxy, NGC 6946: Hva gjør dette Galaxy så spesiell? Vitenskapelig europeisk. Lagt ut 11. januar 2021. Tilgjengelig på http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Scholberg K. 2012. Supernova Neutrino Detection. Fortrykk axRiv. Tilgjengelig i https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Kharusi S Al, et al 2021. NYHETER 2.0: et neste generasjons supernova-varslingssystem for multi-messenger astronomi. New Journal of Physics, bind 23, mars 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F., og Cappellaroc E., 2021. På frekvensen av kjernekollaps supernovaer i melkeveien. New Astronomy Volume 83, februar 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Preprint axRiv tilgjengelig på https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Murphey, CT, et al 2021. Vitne til historie: himmelfordeling, detekterbarhet og rater av melkeveisupernovaer med blotte øyne. Månedlige meldinger fra Royal Astronomical Society, bind 507, utgave 1, oktober 2021, side 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Preprint axRiv Tilgjengelig på https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
