Σε πρόσφατα δημοσιευμένα άρθρα, οι ερευνητές υπολόγισαν ότι ο ρυθμός κατάρρευσης του πυρήνα των σουπερνόβα στον Γαλαξία είναι 1.63 ± 0.46 συμβάντα ανά αιώνα. Επομένως, δεδομένου του τελευταίου γεγονότος σουπερνόβα, το SN 1987A παρατηρήθηκε πριν από 35 χρόνια το 1987, το επόμενο συμβάν σουπερνόβα στον Γαλαξία μας μπορεί να αναμένεται οποιαδήποτε στιγμή στο εγγύς μέλλον.
Η πορεία ζωής του α αστέρι & σουπερνόβα
Στη χρονική κλίμακα των δισεκατομμυρίων ετών, αστέρια υποβάλλονται σε μια πορεία ζωής, γεννιούνται, γερνούν και τελικά πεθαίνουν με έκρηξη και επακόλουθη διασπορά αστρικών υλικών σε διαστρικά χώρος σαν σκόνη ή σύννεφο.
Η ζωή ενός αστέρι ξεκινά σε ένα νεφέλωμα (σύννεφο σκόνης, υδρογόνο, ήλιο και άλλα ιονισμένα αέρια) όταν η βαρυτική κατάρρευση ενός γιγάντιου νέφους δημιουργεί ένα πρωτόαστρο. Αυτό συνεχίζει να αυξάνεται περαιτέρω με συσσώρευση αερίου και σκόνης μέχρι να φτάσει στην τελική του μάζα. Η τελική μάζα του αστέρι καθορίζει τη διάρκεια ζωής του καθώς και τι συμβαίνει στο αστέρι κατά τη διάρκεια της ζωής του.
Όλα αστέρια αντλούν την ενέργειά τους από την πυρηνική σύντηξη. Το πυρηνικό καύσιμο που καίγεται στον πυρήνα δημιουργεί ισχυρή πίεση προς τα έξω λόγω της υψηλής θερμοκρασίας του πυρήνα. Αυτό εξισορροπεί την εσωτερική βαρυτική δύναμη. Η ισορροπία διαταράσσεται όταν τελειώσει το καύσιμο στον πυρήνα. Η θερμοκρασία πέφτει, η εξωτερική πίεση μειώνεται. Ως αποτέλεσμα, η βαρυτική δύναμη της προς τα μέσα συμπίεσης γίνεται κυρίαρχη αναγκάζοντας τον πυρήνα να συστέλλεται και να καταρρεύσει. Το τι τελικά καταλήγει ένα αστέρι μετά την κατάρρευση εξαρτάται από τη μάζα του αστεριού. Στην περίπτωση των υπερμεγέθων άστρων, όταν ο πυρήνας καταρρέει σε σύντομο χρονικό διάστημα, δημιουργεί τεράστια ωστικά κύματα. Η ισχυρή, φωτεινή έκρηξη ονομάζεται σουπερνόβα.
Αυτό το παροδικό αστρονομικό γεγονός συμβαίνει κατά το τελευταίο εξελικτικό στάδιο ενός άστρου και αφήνει πίσω του υπολείμματα σουπερνόβα. Ανάλογα με τη μάζα του άστρου, το υπόλοιπο θα μπορούσε να είναι ένα αστέρι νετρονίων ή ένα μαύρη τρύπα.
SN 1987A, η τελευταία σουπερνόβα
Το τελευταίο συμβάν σουπερνόβα ήταν το SN 1987A το οποίο εθεάθη στον νότιο ουρανό πριν από 35 χρόνια, τον Φεβρουάριο του 1987. Ήταν το πρώτο τέτοιο συμβάν σουπερνόβα ορατό με γυμνό μάτι από το Κέπλερ το 1604. Βρίσκεται στο κοντινό Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου (δορυφόρος γαλαξίας του Γαλαξία), ήταν ένα από τα λαμπρότερα αστέρια που εκρήγνυνται εδώ και περισσότερα από 400 χρόνια που φώτιζε με τη δύναμη 100 εκατομμυρίων ηλίων για αρκετούς μήνες και παρείχε μοναδική ευκαιρία να μελετηθούν οι φάσεις πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τον θάνατο ενός αστέρι.
Η μελέτη των σουπερνόβα είναι σημαντική
Η μελέτη των σουπερνόβα είναι χρήσιμη με πολλούς τρόπους, όπως η μέτρηση αποστάσεων χώρος, κατανόηση της επέκτασης σύμπαν και η φύση των αστεριών ως εργοστάσια όλων των στοιχείων που κάνουν τα πάντα (συμπεριλαμβανομένου εμάς) που βρίσκονται στο σύμπαν. Τα βαρύτερα στοιχεία που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της πυρηνικής σύντηξης (ελαφρύτερων στοιχείων) στον πυρήνα των άστρων καθώς και τα νεοδημιουργηθέντα στοιχεία κατά την κατάρρευση του πυρήνα κατανέμονται σε χώρος κατά την έκρηξη σουπερνόβα. Οι σουπερνόβα διαδραματίζουν βασικό ρόλο στην κατανομή των στοιχείων σε όλη την περιοχή σύμπαν.
Δυστυχώς, δεν υπήρξαν πολλές ευκαιρίες στο παρελθόν να παρατηρήσουμε και να μελετήσουμε προσεκτικά την έκρηξη σουπερνόβα. Στενή παρατήρηση και μελέτη της έκρηξης σουπερνόβα μέσα στο σπίτι μας γαλαξίας Ο Γαλαξίας θα ήταν αξιοσημείωτος επειδή η μελέτη υπό αυτές τις συνθήκες δεν θα μπορούσε ποτέ να διεξαχθεί σε εργαστήρια στη Γη. Εξ ου και η επιτακτική ανάγκη να ανιχνευθεί ο σουπερνόβα μόλις ξεκινήσει. Αλλά, πώς θα ξέρει κανείς πότε πρόκειται να ξεκινήσει μια έκρηξη σουπερνόβα; Υπάρχει κάποιο σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης για την παρεμπόδιση της έκρηξης σουπερνόβα;
Νετρίνο, ο φάρος της έκρηξης σουπερνόβα
Γύρω στο τέλος της ζωής του, καθώς ένα αστέρι τελειώνει από ελαφρύτερα στοιχεία ως καύσιμο για την πυρηνική σύντηξη που το τροφοδοτεί, κυριαρχεί η έλξη προς τα μέσα και τα εξωτερικά στρώματα του αστεριού αρχίζουν να πέφτουν προς τα μέσα. Ο πυρήνας αρχίζει να καταρρέει και σε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου ο πυρήνας συμπιέζεται τόσο πολύ που τα ηλεκτρόνια και τα πρωτόνια συνδυάζονται για να σχηματίσουν νετρόνια και ένα νετρίνο απελευθερώνεται για κάθε νετρόνιο που σχηματίζεται.
Τα νετρόνια που σχηματίζονται έτσι αποτελούν ένα αστέρι πρωτονετρονίων μέσα στον πυρήνα του άστρου πάνω στο οποίο το υπόλοιπο αστέρι πέφτει κάτω από έντονο βαρυτικό πεδίο και αναπηδά πίσω. Το ωστικό κύμα που δημιουργείται αποσυνθέτει το αστέρι αφήνοντας τον μοναδικό πυρήνα να παραμένει εναπομείναν (ένας αστέρας νετρονίων ή α μαύρη τρύπα ανάλογα με τη μάζα του άστρου) πίσω και η υπόλοιπη μάζα του αστέρα διασκορπίζεται σε διαστρικό χώρος.
Η τεράστια έκρηξη του νετρίνα που παράγεται ως αποτέλεσμα της βαρυτικής κατάρρευσης του πυρήνα διαφυγής προς τα έξω χώρος ανεμπόδιστη λόγω της μη διαδραστικής φύσης του με την ύλη. Περίπου το 99% της βαρυτικής δεσμευτικής ενέργειας διαφεύγει ως νετρίνα (μπροστά από τα φωτόνια που είναι παγιδευμένα στο πεδίο) και λειτουργεί ως φάρος παρεμπόδισης της έκρηξης σουπερνόβα. Αυτά τα νετρίνα μπορούν να συλληφθούν στη γη από τα παρατηρητήρια νετρίνων, τα οποία με τη σειρά τους λειτουργούν ως έγκαιρη προειδοποίηση για μια πιθανή οπτική παρατήρηση μιας έκρηξης σουπερνόβα σύντομα.
Τα νετρίνα που διαφεύγουν παρέχουν επίσης ένα μοναδικό παράθυρο σε ακραία συμβάντα μέσα σε ένα αστέρι που εκρήγνυται, το οποίο μπορεί να έχει επιπτώσεις στην κατανόηση των θεμελιωδών δυνάμεων και των στοιχειωδών σωματιδίων.
Σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης Supernova (SNEW)
Την εποχή του τελευταίου παρατηρούμενου σουπερνόβα κατάρρευσης του πυρήνα (SN1987A), το φαινόμενο παρατηρήθηκε με γυμνό μάτι. Τα νετρίνα ανιχνεύθηκαν από δύο ανιχνευτές νερού Cherenkov, τον Kamiokande-II και το πείραμα Irvine-MichiganBrookhaven (IMB) που είχε παρατηρήσει 19 γεγονότα αλληλεπίδρασης νετρίνων. Ωστόσο, η ανίχνευση των νετρίνων θα μπορούσε να λειτουργήσει ως φάρος ή συναγερμός για την παρεμπόδιση της οπτικής παρατήρησης του σουπερνόβα. Ως αποτέλεσμα, διάφορα παρατηρητήρια και αστρονόμοι δεν μπορούσαν να ενεργήσουν εγκαίρως για τη μελέτη και τη συλλογή δεδομένων.
Από το 1987, η αστρονομία των νετρίνων έχει προχωρήσει πολύ. Τώρα, το σύστημα προειδοποίησης σουπερνόβα SNWatch είναι σε λειτουργία το οποίο είναι προγραμματισμένο να κρούει συναγερμό στους ειδικούς και τους σχετικούς οργανισμούς σχετικά με μια πιθανή παρατήρηση σουπερνόβα. Και, υπάρχει ένα δίκτυο παρατηρητηρίων νετρίνων σε όλο τον κόσμο, που ονομάζεται Supernova Early Warning System (SNEWS), το οποίο συνδυάζει σήματα για να βελτιώσει την εμπιστοσύνη σε μια ανίχνευση. Οποιαδήποτε συνήθης δραστηριότητα ειδοποιείται σε έναν κεντρικό διακομιστή SNEWS από μεμονωμένους ανιχνευτές. Επιπλέον, το SNEWS είχε υποβληθεί πρόσφατα σε αναβάθμιση σε SNEWS 2.0, το οποίο παράγει επίσης ειδοποιήσεις χαμηλότερης εμπιστοσύνης.
Επικείμενος σουπερνόβα στον Γαλαξία
Τα αστεροσκοπεία νετρίνων που είναι εξαπλωμένα σε όλο τον κόσμο στοχεύουν στην πρώτη ανίχνευση νετρίνων που προκύπτουν από την κατάρρευση του βαρυτικού πυρήνα των άστρων στο σπίτι μας γαλαξίας. Επομένως, η επιτυχία τους εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τον ρυθμό κατάρρευσης του πυρήνα των σουπερνόβα στον Γαλαξία.
Σε πρόσφατα δημοσιευμένα άρθρα, οι ερευνητές υπολόγισαν ότι ο ρυθμός κατάρρευσης του πυρήνα των σουπερνόβα στον Γαλαξία είναι 1.63 ± 0.46 συμβάντα ανά 100 χρόνια. περίπου ένας με δύο σουπερνόβα ανά αιώνα. Επιπλέον, οι εκτιμήσεις δείχνουν ότι το χρονικό διάστημα μεταξύ της κατάρρευσης του σουπερνόβα του πυρήνα στον Γαλαξία θα μπορούσε να είναι μεταξύ 47 και 85 ετών.
Επομένως, δεδομένου του τελευταίου γεγονότος σουπερνόβα, το SN 1987A παρατηρήθηκε πριν από 35 χρόνια, το επόμενο συμβάν σουπερνόβα στον Γαλαξία μας μπορεί να αναμένεται οποιαδήποτε στιγμή στο εγγύς μέλλον. Με τα παρατηρητήρια νετρίνων δικτυωμένα για την ανίχνευση των πρώιμων εκρήξεων και το αναβαθμισμένο σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης Supernova (SNEW), οι επιστήμονες θα είναι σε θέση να έχουν μια προσεκτική ματιά στα επόμενα ακραία συμβάντα που σχετίζονται με την έκρηξη σουπερνόβα ενός ετοιμοθάνατου αστέρα. Αυτό θα ήταν ένα σημαντικό γεγονός και μια μοναδική ευκαιρία να μελετήσουμε τις φάσεις πριν, κατά τη διάρκεια και μετά τον θάνατο ενός αστεριού για καλύτερη κατανόηση του σύμπαν.
***
Πηγές:
- Τα πυροτεχνήματα γαλαξίας, NGC 6946: What Make this γαλαξίας τόσο ιδιαίτερο? Επιστημονικός Ευρωπαϊκός. Δημοσιεύτηκε 11 Ιανουαρίου 2021. Διαθέσιμο στο http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Scholberg K. 2012. Ανίχνευση Νετρίνων Supernova. Προεκτύπωση axRiv. Διαθέσιμο στο https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Kharusi S Al, et αϊ 2021. SNEWS 2.0: ένα σύστημα έγκαιρης προειδοποίησης σουπερνόβα επόμενης γενιάς για την αστρονομία πολλαπλών αγγελιοφόρων. New Journal of Physics, Volume 23, March 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F., and Cappellaroc E., 2021. Σχετικά με τον ρυθμό κατάρρευσης των σουπερνόβα του πυρήνα στον γαλακτώδη τρόπο. New Astronomy Volume 83, Φεβρουάριος 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Προεκτύπωση axRiv διαθέσιμο στο https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Murphey, CT, et αϊ 2021. Ιστορικό μαρτύρων: κατανομή ουρανού, ανιχνευσιμότητα και ποσοστά υπερκαινοφανών με γυμνό μάτι Γαλαξία. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Τόμος 507, Τεύχος 1, Οκτώβριος 2021, Σελίδες 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Προεκτύπωση axRiv Διαθέσιμο στο https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
