У нядаўна апублікаваных артыкулах даследчыкі ацанілі хуткасць калапсу ядра звышновай ў Млечным Шляху ў 1.63 ± 0.46 падзей у стагоддзе. Такім чынам, улічваючы апошнюю звышновую падзею, SN 1987A, назіралася 35 гадоў таму ў 1987 годзе, наступнае з'ява звышновай у Млечным Шляху можна чакаць у бліжэйшы час.
Жыццёвы шлях а зорка & звышновая
У маштабе часу ў мільярды гадоў, Лік зорак: яны праходзяць жыццёвы шлях, яны нараджаюцца, старэюць і, нарэшце, паміраюць з выбухам і наступным рассейваннем зорных матэрыялаў у міжзоркавым свеце прастору як пыл ці воблака.
Жыццё а зорка пачынаецца ў туманнасці (воблаку пылу, вадароду, гелія і іншых іянізаваных газаў), калі ў выніку гравітацыйнага калапсу гіганцкага воблака ўзнікае пратазорка. Ён працягвае расці з назапашваннем газу і пылу, пакуль не дасягне канчатковай масы. Канчатковая маса ст зорка вызначае працягласць яе жыцця, а таксама тое, што адбываецца з зоркай падчас яе жыцця.
Усе Лік зорак: атрымліваюць энергію з ядзернага сінтэзу. Ядзернае паліва, якое гарыць у актыўнай зоне, стварае моцны знешні ціск з-за высокай тэмпературы актыўнай зоны. Гэта ўраўнаважвае ўнутраную гравітацыйную сілу. Баланс парушаецца, калі заканчваецца паліва ў актыўнай зоне. Тэмпература зніжаецца, вонкавае ціск зніжаецца. У выніку гравітацыйная сіла сціску ўнутр становіцца дамінуючай, прымушаючы ядро сціскацца і згортвацца. Тое, якой будзе зорка пасля калапсу, залежыць ад масы зоркі. У выпадку звышмасіўных зорак, калі ядро руйнуецца за кароткі прамежак часу, яно стварае велізарныя ўдарныя хвалі. Магутны яркі выбух называецца звышновай.
Гэта кароткачасовая астранамічная падзея адбываецца на апошняй стадыі эвалюцыі зоркі і пакідае пасля сябе рэшткі звышновай. У залежнасці ад масы зоркі, астатак можа быць нейтроннай зоркай або нейтроннай зоркай чорная дзірка.
SN 1987A, апошняя звышновая
Апошняй падзеяй звышновай была SN 1987A, якая была заўважана на паўднёвым небе 35 гадоў таму ў лютым 1987 г. Гэта была першая такая звышновая падзея, бачная няўзброеным вокам з часоў Кеплера ў 1604 г. Размешчана ў суседнім Вялікім Магеланавым Воблаку (спадарожнік галактыка Млечнага Шляху), гэта была адна з самых яркіх выбухаючых зорак, якія бачылі больш чым за 400 гадоў, яна свяціла магутнасцю 100 мільёнаў сонцаў на працягу некалькіх месяцаў і давала унікальную магчымасць вывучыць фазы да, падчас і пасля смерці зорка.
Вывучэнне звышновай з'яўляецца важным
Вывучэнне звышновай карысна некалькімі спосабамі, напрыклад, вымярэннем адлегласцей прастору, разуменне пашырэння сусвет і прырода зорак як фабрык усіх элементаў, якія робяць усё (у тым ліку і нас), што знаходзіцца ў сусвет. Больш цяжкія элементы, якія ўтварыліся ў выніку ядзернага сінтэзу (больш лёгкіх элементаў) у ядры зорак, а таксама новыя элементы, створаныя падчас калапсу ядра, размяркоўваюцца па ўсім прастору падчас выбуху звышновай. Звышновыя гуляюць ключавую ролю ў размеркаванні элементаў па ўсім свеце сусвет.
На жаль, у мінулым не было шмат магчымасцей для ўважлівага назірання і вывучэння выбуху звышновай. Уважлівае назіранне і вывучэнне выбуху звышновай у нашым доме галактыка Млечны Шлях быў бы выдатным, таму што даследаванне ў такіх умовах ніколі не магло быць праведзена ў лабараторыях на Зямлі. Адсюль неабходна выявіць звышновую, як толькі яна пачынаецца. Але як даведацца, калі пачнецца выбух звышновай? Ці існуе сістэма ранняга папярэджання аб перашкодзе выбуху звышновай?
Нейтрына, маяк выбуху звышновай
Прыкладна ў канцы жыцця, калі ў зоркі заканчваюцца больш лёгкія элементы ў якасці паліва для ядзернага сінтэзу, які забяспечвае яе харчаванне, унутраны гравітацыйны штуршок дамінуе, і знешнія пласты зоркі пачынаюць апускацца ўнутр. Ядро пачынае разбурацца, і праз некалькі мілісекунд ядро сціскаецца настолькі, што электроны і пратоны аб'ядноўваюцца, утвараючы нейтроны, і нейтрына вылучаецца для кожнага ўтворанага нейтрона.
Утвораныя такім чынам нейтроны складаюць протанейтронную зорку ўнутры ядра зоркі, на якую астатняя частка зоркі падаюць пад інтэнсіўным гравітацыйным полем і адскокваюць назад. Ударная хваля, якая ствараецца, разбурае зорку, пакідаючы адзінае астатняе ядро (нейтронную зорку або a чорная дзірка у залежнасці ад масы зоркі) ззаду, а астатняя маса зоркі рассейваецца ў міжзоркавыя прастору.
Велізарны выбух нейтрына утвараецца ў выніку гравітацыйнага калапсу ядра ўцёкаў у знешн прастору бесперашкодны з-за яго неўзаемадзеяння з матэрыяй. Каля 99% гравітацыйнай энергіі сувязі выходзіць у выглядзе нейтрына (апярэджваючы фатоны, якія затрымліваюцца ў полі) і дзейнічае як маяк, які перашкаджае выбуху звышновай. Гэтыя нейтрына могуць быць зафіксаваны на зямлі нейтрыннымі абсерваторыямі, якія, у сваю чаргу, служаць раннім папярэджаннем аб магчымым аптычным назіранні выбуху звышновай у бліжэйшы час.
Уцякаючыя нейтрына таксама забяспечваюць унікальнае акно ў экстрэмальныя падзеі ўнутры выбухае зоркі, што можа мець значэнне ў разуменні фундаментальных сіл і элементарных часціц.
Сістэма ранняга папярэджання звышновай (SNEW)
У момант апошняй назіранай звышновай ядра (SN1987A) гэтая з'ява назіралася няўзброеным вокам. Нейтрына былі выяўлены двума вадзянымі дэтэктарамі Чаранкова, Kamiokande-II і эксперыментам Ірвіна-Мічыган Брукхейвен (IMB), у якім назіралася 19 падзей узаемадзеяння нейтрына. Аднак выяўленне нейтрына можа дзейнічаць як маяк або сігнал трывогі для перашкоды аптычнаму назіранню звышновай. У выніку розныя абсерваторыі і астраномы не маглі своечасова дзейнічаць для вывучэння і збору дадзеных.
З 1987 г. нейтрынная астраномія значна прасунулася наперад. Цяпер дзейнічае сістэма абвесткі аб звышновай SNWatch, якая запраграмавана біць трывогу для экспертаў і адпаведных арганізацый аб магчымым назіранні звышновай. Акрамя таго, ва ўсім свеце існуе сетка нейтрынных абсерваторый, якая называецца сістэмай ранняга папярэджання звышновай (SNEWS), якая аб'ядноўвае сігналы для павышэння ўпэўненасці ў выяўленні. Любая звычайная дзейнасць паведамляецца на цэнтральны сервер SNEWS асобнымі дэтэктарамі. Акрамя таго, SNEWS нядаўна абнавіўся да SNEWS 2.0, што таксама стварае абвесткі з нізкай упэўненасцю.
Непазбежная звышновая на Млечным шляху
Нейтрынныя абсерваторыі, распаўсюджаныя па ўсім свеце, імкнуцца да першага выяўлення нейтрына ў выніку калапсу гравітацыйнага ядра зорак у нашым доме галактыка. Такім чынам, іх поспех у значнай ступені залежыць ад хуткасці калапсу ядра звышновай у Млечным Шляху.
У нядаўна апублікаваных працах даследчыкі ацанілі хуткасць калапсу ядра звышновай ў Млечным Шляху ў 1.63 ± 0.46 падзей за 100 гадоў; прыкладна ад адной да двух звышновых у стагоддзе. Акрамя таго, паводле ацэнак, інтэрвал часу паміж калапсам ядра звышновай у Млечным Шляху можа складаць ад 47 да 85 гадоў.
Такім чынам, улічваючы апошнюю звышновую падзею SN 1987A, якая назіралася 35 гадоў таму, наступную звышновую падзею ў Млечным Шляху можна чакаць у бліжэйшы час. З нейтрыннымі абсерваторыямі, аб'яднанымі ў сетку для выяўлення ранніх выбухаў, і мадэрнізаванай сістэмай ранняга папярэджання аб звышновых (SNEW) навукоўцы змогуць уважліва паглядзець на наступныя экстрэмальныя падзеі, звязаныя з выбухам звышновай зоркі, якая памірае. Гэта важная падзея і ўнікальная магчымасць вывучыць фазы да, падчас і пасля смерці зоркі для лепшага разумення сусвет.
***
Крыніцы:
- Феерверк Галактыка, NGC 6946: Што гэта зрабіць Галактыка такім асаблівым? Навукова-еўрап. Апублікавана 11 студзеня 2021 г. Даступна па адрасе http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Шольберг К. 2012. Выяўленне звышновых нейтрына. Прэпрынт axRiv. Даступны па адрасе https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Харусі С Ал, і інш 2021. SNEWS 2.0: сістэма ранняга папярэджання аб звышновай новага пакалення для астраноміі з некалькімі пасланцамі. Новы фізічны часопіс, том 23, сакавік 2021 г. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F., and Cappellaroc E., 2021. Аб хуткасці калапсу ядра звышновых у Млечным шляху. Новая астраномія, том 83, люты 2021 г., 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Прэпрынт axRiv даступны па адрасе https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Мэрфі, CT, і інш 2021. Гісторыя сведак: размеркаванне па небе, выяўленне і хуткасць звышновых Млечнага Шляху няўзброеным вокам. Штомесячныя паведамленні Каралеўскага астранамічнага таварыства, том 507, выпуск 1, кастрычнік 2021 г., старонкі 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Прэпрынт axRiv Даступны па адрасе https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
