V nedavno objavljenih člankih so raziskovalci ocenili, da je stopnja kolapsa jedra supernove v Rimski cesti 1.63 ± 0.46 dogodkov na stoletje. Glede na zadnji dogodek supernove, SN 1987A, smo opazili pred 35 leti, leta 1987, lahko naslednji dogodek supernove v Rimski cesti pričakujemo kadar koli v bližnji prihodnosti.
Življenjski potek a zvezda & supernova
Na časovni lestvici milijard let, zvezde opravijo življenjsko pot, se rodijo, starajo in končno umrejo z eksplozijo in posledično razpršitvijo zvezdnih materialov v medzvezdje prostor kot prah ali oblak.
Življenje a zvezda se začne v meglici (oblaku prahu, vodika, helija in drugih ioniziranih plinov), ko gravitacijski kolaps velikanskega oblaka povzroči nastanek protozvezde. Ta še naprej raste s kopičenjem plina in prahu, dokler ne doseže svoje končne mase. Končna masa zvezda določa njeno življenjsko dobo in tudi, kaj se z zvezdo zgodi med njenim življenjem.
vsi zvezde črpajo energijo iz jedrske fuzije. Jedrsko gorivo, ki gori v jedru, ustvarja močan zunanji pritisk zaradi visoke temperature jedra. To uravnoteži notranjo gravitacijsko silo. Ravnovesje se poruši, ko zmanjka goriva v jedru. Temperatura pade, zunanji pritisk se zmanjša. Posledično postane gravitacijska sila notranjega stiska prevladujoča, zaradi česar se jedro skrči in sesede. Kakšna bo zvezda po propadu, je odvisno od mase zvezde. V primeru supermasivnih zvezd, ko se jedro v kratkem času zruši, ustvari ogromne udarne valove. Močna, sijoča eksplozija se imenuje supernova.
Ta prehodni astronomski dogodek se zgodi med zadnjo evolucijsko stopnjo zvezde in za seboj pusti ostanek supernove. Odvisno od mase zvezde je lahko ostanek nevtronska zvezda ali a Črna luknja.
SN 1987A, zadnja supernova
Zadnja supernova je bila SN 1987A, ki je bila opažena na južnem nebu pred 35 leti, februarja 1987. To je bila prva taka supernova, vidna s prostim očesom po Keplerjevem letu 1604. Nahaja se v bližnjem Velikem Magellanovem oblaku (satelit Galaksija Mlečne ceste), je bila ena najsvetlejših eksplozivnih zvezd v več kot 400 letih, ki je nekaj mesecev žarela z močjo 100 milijonov sonc in nudila edinstveno priložnost za preučevanje faz pred, med in po smrti zvezda.
Preučevanje supernove je pomembno
Preučevanje supernove je koristno na več načinov, kot je merjenje razdalj prostor, razumevanje širjenja Vesolje in naravo zvezd kot tovarn vseh elementov, zaradi katerih se vse (vključno z nami) nahaja v Vesolje. Težji elementi, ki nastanejo kot posledica jedrske fuzije (lažjih elementov) v jedru zvezd, kot tudi na novo ustvarjeni elementi med kolapsom jedra se porazdelijo po vsem prostor med eksplozijo supernove. Supernove igrajo ključno vlogo pri porazdelitvi elementov po vsem Vesolje.
Na žalost v preteklosti ni bilo veliko priložnosti za natančno opazovanje in preučevanje eksplozije supernove. Natančno opazovanje in preučevanje eksplozije supernove v našem domu Galaksija Mlečna cesta bi bila izjemna, ker študije pod takimi pogoji nikoli ne bi mogli izvesti v laboratorijih na Zemlji. Zato je supernovo nujno zaznati takoj, ko se začne. Toda kako bomo vedeli, kdaj se bo začela eksplozija supernove? Ali obstaja kakšen sistem zgodnjega opozarjanja za oviranje eksplozije supernove?
Nevtrino, svetilnik eksplozije supernove
Ob koncu življenjske poti, ko zvezdi zmanjka lažjih elementov kot goriva za jedrsko fuzijo, ki jo poganja, prevladuje notranji gravitacijski pritisk in zunanje plasti zvezde začnejo padati navznoter. Jedro se začne sesedati in v nekaj milisekundah se jedro tako stisne, da se elektroni in protoni združijo v nevtrone in za vsak nastali nevtron se sprosti nevtrino.
Tako oblikovani nevtroni sestavljajo proto-nevtronsko zvezdo znotraj jedra zvezde, na katero preostali del zvezde pade pod intenzivnim gravitacijskim poljem in se odbije nazaj. Udarni val, ki nastane, razkroji zvezdo in pusti edino preostalo jedro (nevtronsko zvezdo ali a Črna luknja odvisno od mase zvezde) zadaj in ostanek mase zvezde se razprši v medzvezdje prostor.
Ogromen izbruh nevtrini nastal kot posledica pobega gravitacijskega kolapsa jedra v zunanjost prostor neoviran zaradi svoje neinteraktivne narave s snovjo. Približno 99 % gravitacijske vezne energije pobegne v obliki nevtrinov (pred fotoni, ki so ujeti v polje) in deluje kot svetilnik, ki ovira eksplozijo supernove. Te nevtrine lahko na Zemlji ujamejo observatoriji za nevtrine, ki delujejo kot zgodnje opozorilo o morebitnem kmalu optičnem opazovanju eksplozije supernove.
Uhajajoči nevtrini nudijo tudi edinstveno okno v ekstremno dogajanje znotraj eksplodirajoče zvezde, kar lahko vpliva na razumevanje osnovnih sil in elementarnih delcev.
Sistem zgodnjega opozarjanja Supernova (SNEW)
V času zadnje opažene supernove z kolapsom jedra (SN1987A) so pojav opazili s prostim očesom. Nevtrine sta zaznala dva detektorja vode Cherenkov, Kamiokande-II in eksperiment Irvine-MichiganBrookhaven (IMB), ki je opazil 19 dogodkov interakcije nevtrinov. Vendar pa bi odkrivanje nevtrinov lahko delovalo kot svetilnik ali alarm za oviranje optičnega opazovanja supernove. Posledično različni observatoriji in astronomi niso mogli pravočasno ukrepati pri preučevanju in zbiranju podatkov.
Od leta 1987 je nevtrinska astronomija zelo napredovala. Zdaj je vzpostavljen sistem za opozarjanje na supernovo SNWatch, ki je programiran tako, da opozori strokovnjake in ustrezne organizacije o možnem opazovanju supernove. In po vsem svetu obstaja mreža nevtrinskih observatorijev, imenovana Supernova Early Warning System (SNEWS), ki združujejo signale za izboljšanje zaupanja v odkrivanje. Vsaka običajna aktivnost se obvesti centralnemu strežniku SNEWS s posameznimi detektorji. Poleg tega je bil SNEWS pred kratkim nadgrajen na SNEWS 2.0, ki proizvaja tudi opozorila z nižjo stopnjo zaupanja.
Neposredna supernova v Mlečni poti
Nevtrinski observatoriji, razširjeni po vsem svetu, si prizadevajo za prvo detekcijo nevtrinov, ki so posledica sesutja gravitacijskega jedra zvezd v našem domu Galaksija. Njihov uspeh je torej zelo odvisen od hitrosti sesedanja jedra supernove v Rimski cesti.
V nedavno objavljenih člankih so raziskovalci ocenili stopnjo kolapsa jedra supernove v Rimski cesti na 1.63 ± 0.46 dogodkov na 100 let; približno ena do dve supernovi na stoletje. Poleg tega ocene kažejo, da bi lahko časovni interval med kolapsom supernove jedra v Rimski cesti znašal od 47 do 85 let.
Zato lahko glede na zadnji dogodek supernove, SN 1987A, opažen pred 35 leti, lahko naslednji dogodek supernove v Mlečni cesti pričakujemo kadar koli v bližnji prihodnosti. Z nevtrinskimi observatoriji, povezanimi v omrežje za zaznavanje zgodnjih izbruhov, in vzpostavljenim nadgrajenim sistemom zgodnjega opozarjanja na supernove (SNEW), si bodo znanstveniki lahko natančno ogledali naslednje ekstremne dogodke, povezane z eksplozijo supernove umirajoče zvezde. To bi bil pomemben dogodek in edinstvena priložnost za preučevanje faz pred, med in po smrti zvezde za boljše razumevanje Vesolje.
***
Viri:
- Ognjemet Galaxy, NGC 6946: Kaj naredi to Galaxy tako poseben? Znanstveni evropski. Objavljeno 11. januarja 2021. Na voljo na http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Scholberg K. 2012. Odkrivanje nevtrinov supernove. Prednatis axRiv. Na voljo na https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Kharusi S Al, sod 2021. SNEWS 2.0: sistem za zgodnje opozarjanje supernove nove generacije za astronomijo z več sporočili. New Journal of Physics, letnik 23, marec 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F. in Cappellaroc E., 2021. O hitrosti kolapsa supernove v jedru v mlečni poti. Nova astronomija, letnik 83, februar 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Preprint axRiv je na voljo na https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Murphey, CT, sod 2021. Zgodovina pričevanja: porazdelitev na nebu, zaznavnost in stopnja supernov Rimske ceste s prostim očesom. Mesečna obvestila Kraljeve astronomske družbe, letnik 507, številka 1, oktober 2021, strani 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Prednatis axRiv Na voljo na https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
