I nyligen publicerade artiklar har forskare uppskattat graden av kollaps av supernovakärna i Vintergatan till 1.63 ± 0.46 händelser per århundrade. Därför, med tanke på den senaste supernovahändelsen, SN 1987A observerades för 35 år sedan 1987, kan nästa supernovahändelse i Vintergatan förväntas när som helst inom en snar framtid.
Livslopp för en stjärna & supernova
På en tidsskala av miljarder år, stjärnor genomgår ett livslopp, de föds, åldras och dör slutligen med explosion och efterföljande spridning av stjärnmaterial till interstellära plats som damm eller moln.
Livet för en stjärna börjar i en nebulosa (moln av damm, väte, helium och andra joniserade gaser) när gravitationskollapsen av ett gigantiskt moln ger upphov till en protostjärna. Detta fortsätter att växa ytterligare med ansamling av gas och damm tills det når sin slutliga massa. Den slutliga massan av stjärna bestämmer dess livstid samt vad som händer med stjärnan under dess liv.
Alla stjärnor få sin energi från kärnfusion. Kärnbränslet som brinner i härden skapar ett starkt tryck utåt på grund av den höga härdtemperaturen. Detta balanserar ut den inåtriktade gravitationskraften. Balansen rubbas när bränslet i kärnan tar slut. Temperaturen sjunker, trycket utåt minskar. Som ett resultat blir gravitationskraften från den inåtriktade klämningen dominerande vilket tvingar kärnan att dra ihop sig och kollapsa. Vad en stjärna slutligen hamnar som efter kollaps beror på stjärnans massa. När det gäller supermassiva stjärnor, när kärnan kollapsar på kort tid skapar det enorma chockvågor. Den kraftfulla, lysande explosionen kallas supernova.
Denna övergående astronomiska händelse inträffar under det sista evolutionära skedet av en stjärna och lämnar efter sig supernovarester. Beroende på stjärnans massa kan kvarlevan vara en neutronstjärna eller en svart hål.
SN 1987A, den sista supernovan
Den sista supernovahändelsen var SN 1987A som sågs på södra himlen för 35 år sedan i februari 1987. Det var den första supernovahändelsen som var synlig för blotta ögat sedan Keplers 1604. Beläget i det närliggande Stora Magellanska molnet (en satellit). galax från Vintergatan), var det en av de ljusaste exploderande stjärnor som setts på mer än 400 år som flammade med kraften från 100 miljoner solar i flera månader och gav en unik möjlighet att studera faserna före, under och efter döden av en stjärna.
Att studera supernova är viktigt
Studier av supernova är till hjälp på flera sätt som att mäta avstånd i plats, förståelse för att expandera universum och stjärnornas natur som fabrikerna av alla element som gör allt (inklusive oss) som finns i universum. De tyngre grundämnena som bildas som ett resultat av kärnfusion (av lättare grundämnen) i kärnan av stjärnor såväl som de nyskapade grundämnena under kärnkollaps sprids överallt plats under supernovaexplosion. Supernovorna spelar en nyckelroll när det gäller att distribuera element genom hela universum.
Tyvärr har det inte funnits mycket möjligheter tidigare att observera och studera supernovaexplosion på nära håll. Nära observation och studie av supernovaexplosion i vårt hem galax Vintergatan skulle vara anmärkningsvärt eftersom studien under dessa förhållanden aldrig kunde genomföras i laboratorier på jorden. Därför är det nödvändigt att upptäcka supernovan så snart den börjar. Men hur ska man veta när en supernovaexplosion är på väg att börja? Finns det något system för tidig varning för att hindra supernovaexplosion?
Neutrino, fyren för supernovaexplosion
Runt slutet av livsförloppet, när en stjärna får slut på lättare element som bränsle för kärnfusionen som driver den, dominerar den inåtgående gravitationen och stjärnans yttre lager börjar falla inåt. Kärnan börjar kollapsa och på några millisekunder blir kärnan så komprimerad att elektroner och protoner kombineras för att bilda neutroner och en neutrino frigörs för varje bildad neutron.
De sålunda bildade neutronerna utgör en protoneutronstjärna inuti stjärnans kärna, på vilken resten av stjärnan faller ner under ett intensivt gravitationsfält och studsar tillbaka. Den genererade chockvågen sönderdelar stjärnan och lämnar den enda kärnremanenten (en neutronstjärna eller en svart hål beroende på stjärnans massa) bakom och resten av stjärnans massa sprids till interstellär plats.
Den enorma explosionen av neutriner produceras som ett resultat av gravitationell kärna-kollaps flykt till yttre plats obehindrat på grund av dess icke-interaktiva natur med materia. Cirka 99 % av gravitationsbindningsenergin försvinner som neutriner (före fotoner som fångas i fältet) och fungerar som ledstjärna för att hindra supernovaexplosion. Dessa neutriner kan fångas på jorden av neutrinobservatorierna som i sin tur fungerar som en tidig varning för en möjlig optisk observation av supernovaexplosion inom kort.
De flyende neutrinerna ger också ett unikt fönster till extrema händelser inuti en exploderande stjärna som kan ha implikationer i förståelsen av de grundläggande krafterna och elementarpartiklarna.
Supernova Early Warning System (SNEW)
Vid tidpunkten för den senaste observerade kärnkollapssupernovan (SN1987A) observerades fenomenet med blotta ögat. Neutrinonen upptäcktes av två Cherenkov-vattendetektorer, Kamiokande-II och experimentet Irvine-MichiganBrookhaven (IMB), som hade observerat 19 neutrinointeraktionshändelser. Detektering av neutriner skulle dock kunna fungera som ledstjärna eller larm för att hindra optisk observation av supernovan. Som ett resultat kunde olika observatorier och astronomer inte agera i tid för att studera och samla in data.
Sedan 1987 har neutrino-astronomi gått mycket framåt. Nu är supernovalarmsystemet SNWatch på plats som är programmerat att larma till experter och relevanta organisationer om en eventuell supernovaobservation. Och det finns ett nätverk av neutrinobservatorier över hela världen, kallat Supernova Early Warning System (SNEWS) som kombinerar signaler för att förbättra förtroendet för en upptäckt. Alla vanliga aktiviteter meddelas till en central SNEWS-server av individuella detektorer. Dessutom hade SNEWS nyligen uppgraderats till SNEWS 2.0, vilket också ger varningar med lägre förtroende.
Överhängande supernova i Vintergatan
Neutrinobservatorier spridda över världen syftar till första upptäckt av neutriner som är ett resultat av gravitationskärnan som kollapsar av stjärnorna i vårt hem galax. Deras framgång är därför mycket beroende av hastigheten av supernovakärnas kollaps i Vintergatan.
I nyligen publicerade artiklar har forskare uppskattat hastigheten för supernovakärnas kollaps i Vintergatan till 1.63 ± 0.46 händelser per 100 år; ungefär en till två supernovor per århundrade. Vidare tyder uppskattningar på att tidsintervallet mellan supernovans kärnkollaps i Vintergatan kan vara mellan 47 och 85 år.
Därför, med tanke på den senaste supernovahändelsen, SN 1987A observerades för 35 år sedan, kan nästa supernovahändelse i Vintergatan förväntas när som helst inom en snar framtid. Med neutrinobservatorierna i nätverk för att upptäcka de tidiga explosionerna och det uppgraderade Supernova Early Warning System (SNEW) på plats, kommer forskarna att vara i stånd att titta närmare på nästa extrema händelser i samband med supernovaexplosion av en döende stjärna. Detta skulle vara en betydelsefull händelse och en unik möjlighet att studera faserna före, under och efter en stjärnas död för en bättre förståelse av universum.
***
Källor:
- Fyrverkerierna Galaxy, NGC 6946: Vad gör detta Galaxy så speciell? Vetenskaplig europeisk. Upplagt 11 januari 2021. Finns på http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Scholberg K. 2012. Supernova Neutrino Detektion. Förtryck axRiv. Tillgänglig på https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Kharusi S Al, et al, 2021. SNEWS 2.0: nästa generations tidig varningssystem för supernova för multibudbärarastronomi. New Journal of Physics, volym 23, mars 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F., och Cappellaroc E., 2021. På hastigheten av kärnkollaps supernovor i mjölkvägen. New Astronomy Volume 83, februari 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Preprint axRiv finns på https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Murphey, CT, et al, 2021. Bevittna historia: himlens utbredning, detekterbarhet och antalet supernovor i Vintergatan med blotta ögat. Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society, volym 507, nummer 1, oktober 2021, sidorna 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Preprint axRiv Tillgänglig på https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
