У нещодавно опублікованих роботах дослідники оцінили швидкість колапсу ядра наднової в Чумачному Шляху в 1.63 ± 0.46 події на століття. Тому, враховуючи останню подію наднової, SN 1987A, спостерігали 35 років тому в 1987 році, наступну наднову подію в Чумацького Шляху можна очікувати в будь-який час найближчим часом.
Життєвий шлях зірки та наднової
У масштабі часу мільярди років зірки проходять життєвий шлях: вони народжуються, старіють і, нарешті, вмирають з вибухом та подальшим розсіюванням зоряних речовин у міжзоряному просторі у вигляді пилу або хмар.
Життя зірки починається в туманності (хмарі пилу, водню, гелію та інших іонізованих газів), коли гравітаційне колапсування гігантської хмари призводить до утворення протозірки. Вона продовжує зростати далі з накопиченням газу та пилу, доки не досягне своєї кінцевої маси. Кінцева маса зірки визначає її час життя, а також те, що відбувається з зіркою протягом її життя.
Усі зірки отримують свою енергію від ядерного синтезу. Ядерне паливо, що згорає в ядрі, створює сильний зовнішній тиск через високу температуру ядра. Це врівноважує внутрішню гравітаційну силу. Баланс порушується, коли паливо в ядрі закінчується. Температура падає, зовнішній тиск зменшується. В результаті гравітаційна сила внутрішнього стискання стає домінуючою, змушуючи ядро стискатися та колапсувати. Те, яким зрештою стає зірка після колапсу, залежить від маси зірки. У випадку надмасивних зірок, коли ядро колапсує за короткий проміжок часу, воно створює величезні ударні хвилі. Потужний, яскравий вибух називається надновою.
Ця короткочасна астрономічна подія відбувається під час останньої еволюційної стадії зірки та залишає після себе залишки наднової. Залежно від маси зірки, залишок може бути нейтронною зіркою або чорною дірою.
SN 1987A, остання наднова
Остання подія спалаху наднової була SN 1987A, яку спостерігали на південній стороні неба 35 років тому, у лютому 1987 року. Це була перша така подія спалаху наднової, видима неозброєним оком з часів спалаху Кеплера у 1604 році. Розташована у Великій Магеллановій Хмарі (галактиці-супутнику Чумацького Шляху), вона була однією з найяскравіших вибухаючих зірок, спостережених за понад 400 років, яка палала силою 100 мільйонів сонць протягом кількох місяців і надала унікальну можливість вивчати фази до, під час та після смерті зірки.
Вивчення наднової є важливим
Вивчення наднових корисне в кількох аспектах, таких як вимірювання відстаней у космосі , розуміння розширення Всесвіту та природи зірок як фабрик усіх елементів, з яких складається все (включаючи нас), що існує у Всесвіті . Важчі елементи, що утворюються в результаті ядерного синтезу (легших елементів) у ядрі зірок, а також новостворені елементи під час колапсу ядра, розподіляються по простору під час вибуху наднової. Наднові відіграють ключову роль у розподілі елементів по всьому Всесвіту.
На жаль, у минулому було небагато можливостей для детального спостереження та вивчення вибухів наднових. Ретельне спостереження та вивчення вибухів наднових у нашій рідній галактиці Чумацький Шлях було б визначним, оскільки дослідження за таких умов ніколи не могло б бути проведене в лабораторіях на Землі. Звідси вкрай важливо виявляти наднову, як тільки вона починається. Але як дізнатися, коли ось-ось почнеться вибух наднової? Чи існує якась система раннього попередження про неминучий вибух наднової?
Нейтрино, маяк вибуху наднової
Приблизно в кінці життєвого шляху, коли у зірки закінчуються більш легкі елементи як паливо для ядерного синтезу, який забезпечує її живлення, внутрішнє гравітаційне поштовх домінує, і зовнішні шари зірки починають падати всередину. Ядро починає руйнуватися, і за кілька мілісекунд ядро стискається настільки, що електрони і протони об’єднуються, утворюючи нейтрони, і для кожного утвореного нейтрона виділяється нейтрино.
Нейтрони, що утворюються таким чином, утворюють протонейтронну зірку всередині ядра зірки, на яку решта зірки падає під впливом інтенсивного гравітаційного поля та відскакує назад. Утворена ударна хвиля руйнує зірку, залишаючи єдине ядро, що залишилося (нейтронну зірку або чорну діру залежно від маси зірки), а решта маси зірки розсіюється в міжзоряному просторі.
Величезний сплеск нейтрино , що утворився в результаті гравітаційного колапсу ядра, безперешкодно виходить у космічний простір завдяки своїй невзаємодіючій природі з матерією. Близько 99% енергії гравітаційного зв'язку виходить у вигляді нейтрино (випереджаючи фотони, які затримуються в полі) та діє як маяк майбутнього вибуху наднової. Ці нейтрино можуть бути зафіксовані на Землі нейтринними обсерваторіями, які, у свою чергу, діють як раннє попередження про можливе оптичне спостереження вибуху наднової найближчим часом.
Нейтрино, що вириваються, також надають унікальне вікно в екстремальні події всередині зірки, що вибухає, що може мати наслідки для розуміння фундаментальних сил і елементарних частинок.
Система раннього попередження наднової (SNEW)
Під час останнього спостережуваного колапсу ядра наднової (SN1987A) це явище спостерігалося неозброєним оком. Нейтрино було виявлено двома водними детекторами Черенкова, Kamiokande-II та експериментом Ірвіна-Мічігана Брукхейвен (IMB), в якому спостерігалися 19 подій взаємодії нейтрино. Однак виявлення нейтрино може діяти як маяк або сигнал тривоги для перешкоджання оптичному спостереженню наднової. В результаті різні обсерваторії та астрономи не могли вчасно діяти для вивчення та збору даних.
З 1987 року нейтринная астрономія значно просунулася вперед. Зараз працює система оповіщення про наднову SNWatch, яка запрограмована на подачу тривоги для експертів та відповідних організацій про можливе спостереження наднової. Крім того, у всьому світі існує мережа нейтринних обсерваторій під назвою Supernova Early Warning System (SNEWS), які об’єднують сигнали, щоб підвищити впевненість у виявленні. Про будь-яку звичайну активність повідомляє центральний сервер SNEWS за допомогою окремих детекторів. Крім того, нещодавно SNEWS було оновлено до версії SNEWS 2.0, що також створює сповіщення з нижчою впевненістю.
Неминуча наднова в Чумацького шляху
Нейтринні обсерваторії, розкидані по всьому світу, прагнуть першими виявити нейтрино, що виникають внаслідок гравітаційного колапсу ядра зірок у нашій рідній галактиці . Тому їхній успіх дуже залежить від швидкості колапсу ядра наднових у Чумацькому Шляху.
У нещодавно опублікованих роботах дослідники оцінили швидкість колапсу ядра наднової в Чумацького Шляху в 1.63 ± 0.46 подій за 100 років; приблизно від однієї до двох наднових на століття. Крім того, за оцінками, інтервал часу між колапсом ядра наднової в Чумацького Шляху може становити від 47 до 85 років.
Отже, враховуючи, що остання подія наднової, SN 1987A, спостерігалася 35 років тому, наступну подію наднової в Чумацькому Шляху можна очікувати будь-коли найближчим часом. Завдяки об'єднанню нейтринних обсерваторій для виявлення ранніх спалахів та оновленій Системі раннього попередження про наднови (SNEW), вчені зможуть уважно розглянути наступні екстремальні події, пов'язані з вибухом наднової вмираючої зірки. Це була б знакова подія та унікальна можливість вивчити фази до, під час та після смерті зірки для кращого розуміння Всесвіту.
***
джерела:
- Феєрверк GalaxyNGC 6946: Що це зробити Galaxy такий особливий? Науковий європейський. Опубліковано 11 січня 2021 р. Доступно за адресою http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Шольберг К. 2012. Виявлення нейтрино наднової. Препринт axRiv. Доступний за адресою https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Харусі С Ал, та ін 2021. SNEWS 2.0: система раннього попередження про наднову нового покоління для астрономії з кількома повідомленнями. Новий фізичний журнал, том 23, березень 2021 р. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F., and Cappellaroc E., 2021. Про швидкість колапсу ядра наднових у Чумачному шляху. Нова астрономія, том 83, лютий 2021 р., 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Препринт axRiv доступний за адресою https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Мерфі, Коннектикут, та ін 2021. Історія свідків: розподіл на небі, виявлення та швидкість наднових чумацького шляху неозброєним оком. Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства, том 507, випуск 1, жовтень 2021 р., сторінки 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Препринт axRiv Доступний за адресою https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
