رویداد ابرنواختر ممکن است هر زمانی در کهکشان خانه ما رخ دهد

در مقالاتی که اخیراً منتشر شده است، محققان نرخ فروپاشی هسته ابرنواختری در کهکشان راه شیری را 1.63 ± 0.46 رویداد در هر قرن تخمین زده اند. بنابراین، با توجه به آخرین رویداد ابرنواختری، SN 1987A، 35 سال پیش در سال 1987 مشاهده شد، ممکن است در آینده نزدیک، رویداد ابرنواختر بعدی در راه شیری مورد انتظار باشد. 

دوره زندگی یک ستاره و ابرنواختر  

در مقیاس زمانی میلیاردها سال، ستاره ها آنها یک دوره زندگی را طی می کنند، متولد می شوند، پیر می شوند و در نهایت با انفجار و متعاقبا پراکندگی مواد ستاره ای در بین ستاره ای می میرند. فضا به صورت گرد و غبار یا ابر  

زندگی یک ستاره در یک سحابی (ابر غبار، هیدروژن، هلیوم و سایر گازهای یونیزه) زمانی که فروپاشی گرانشی یک ابر غول پیکر باعث ایجاد یک پیش ستاره می شود، شروع می شود. این با تجمع گاز و غبار به رشد خود ادامه می دهد تا زمانی که به جرم نهایی خود برسد. جرم نهایی از ستاره طول عمر آن و همچنین اتفاقاتی که برای ستاره در طول زندگی اش می افتد را تعیین می کند.  

معرفی ستاره ها انرژی خود را از همجوشی هسته ای می گیرند. سوخت هسته ای که در هسته می سوزد به دلیل دمای بالای هسته فشار بیرونی قوی ایجاد می کند. این باعث تعادل نیروی گرانشی درونی می شود. هنگامی که سوخت در هسته تمام می شود، تعادل به هم می خورد. دما کاهش می یابد، فشار بیرونی کاهش می یابد. در نتیجه، نیروی گرانشی فشار به داخل غالب می شود و هسته را مجبور به انقباض و فروپاشی می کند. اینکه یک ستاره در نهایت پس از فروپاشی در نهایت به جرم آن بستگی دارد. در مورد ستارگان پرجرم، هنگامی که هسته در یک بازه زمانی کوتاه فرو می ریزد، امواج ضربه ای عظیم ایجاد می کند. انفجار قدرتمند و درخشان ابرنواختر نامیده می شود.  

این رویداد گذرا نجومی در آخرین مرحله تکاملی یک ستاره رخ می دهد و بقایای ابرنواختر را پشت سر می گذارد. بسته به جرم ستاره، باقیمانده می تواند یک ستاره نوترونی یا یک ستاره باشد سیاه چاله.   

SN 1987A، آخرین ابرنواختر  

آخرین رویداد ابرنواختری SN 1987A بود که 35 سال پیش در فوریه 1987 در آسمان جنوبی مشاهده شد. این اولین رویداد ابرنواختری از این دست پس از کپلر در سال 1604 بود که با چشم غیرمسلح قابل مشاهده بود. کهکشان کهکشان راه شیری)، یکی از درخشان ترین ستارگان در حال انفجار بود که در بیش از 400 سال دیده شده است که با قدرت 100 میلیون خورشید به مدت چندین ماه می درخشید و فرصت منحصر به فردی را برای مطالعه مراحل قبل، حین و پس از مرگ یک ستاره فراهم کرد. ستاره.  

مطالعه ابرنواختر مهم است  

مطالعه ابرنواخترها از طرق مختلفی مانند اندازه گیری فواصل مفید است فضا، درک گسترش جهان و ماهیت ستارگان به عنوان کارخانه های همه عناصری که همه چیز را (از جمله ما) در آن می سازند جهان. عناصر سنگین‌تر که در نتیجه همجوشی هسته‌ای (عناصر سبک‌تر) در هسته ستاره‌ها تشکیل شده‌اند و همچنین عناصر تازه ایجاد شده در هنگام فروپاشی هسته در سراسر جهان توزیع می‌شوند. فضا در طول انفجار ابرنواختر ابرنواخترها نقش کلیدی در توزیع عناصر در سراسر جهان دارند جهان.  

متأسفانه، در گذشته فرصت زیادی برای مشاهده و مطالعه دقیق انفجار ابرنواختر وجود نداشته است. مشاهده و مطالعه دقیق انفجار ابرنواختر در خانه ما کهکشان راه شیری قابل توجه خواهد بود زیرا مطالعه در آن شرایط هرگز نمی تواند در آزمایشگاه های روی زمین انجام شود. از این رو تشخیص ابرنواختر به محض شروع آن ضروری است. اما، چگونه می توان فهمید که یک انفجار ابرنواختری در شرف شروع است؟ آیا سیستم هشدار اولیه برای جلوگیری از انفجار ابرنواختر وجود دارد؟  

نوترینو، فانوس دریایی انفجار ابرنواختر  

در اواخر دوره حیات، زمانی که یک ستاره از عناصر سبک‌تر به عنوان سوخت برای همجوشی هسته‌ای که به آن نیرو می‌دهد تمام می‌شود، فشار گرانشی به سمت داخل غالب می‌شود و لایه‌های بیرونی ستاره شروع به سقوط به سمت داخل می‌کنند. هسته شروع به فروپاشی می کند و در چند میلی ثانیه هسته چنان فشرده می شود که الکترون ها و پروتون ها با هم ترکیب می شوند تا نوترون ها را تشکیل دهند و برای هر نوترون تشکیل شده یک نوترینو آزاد می شود.  

نوترون‌هایی که به این ترتیب تشکیل می‌شوند، یک ستاره پروتونوترونی در داخل هسته ستاره تشکیل می‌دهند که بقیه ستاره در زیر میدان گرانشی شدید به پایین می‌افتد و به عقب باز می‌گردد. موج ضربه ای ایجاد شده ستاره را متلاشی می کند و تنها هسته باقیمانده (یک ستاره نوترونی یا یک ستاره) باقی می ماند سیاه چاله بسته به جرم ستاره) پشت و بقیه جرم ستاره در بین ستاره ای پراکنده می شود فضا.  

انفجار عظیم از نوترینوها در نتیجه فروپاشی هسته گرانشی فرار به بیرون تولید می شود فضا به دلیل ماهیت غیر تعاملی آن با ماده، بلامانع است. حدود 99 درصد از انرژی اتصال گرانشی به صورت نوترینو (پیش از فوتون‌هایی که در میدان به دام افتاده‌اند) فرار می‌کند و به عنوان چراغی برای جلوگیری از انفجار ابرنواختر عمل می‌کند. این نوترینوها را می توان روی زمین توسط رصدخانه های نوترینو گرفت که به نوبه خود به عنوان یک هشدار اولیه در مورد رصد نوری احتمالی انفجار ابرنواختر به زودی عمل می کند.  

نوترینوهای فراری همچنین یک پنجره منحصر به فرد به رخدادهای شدید درون یک ستاره در حال انفجار را ارائه می دهند که ممکن است پیامدهایی در درک نیروهای اساسی و ذرات بنیادی داشته باشد.  

سیستم هشدار اولیه ابرنواختر (SNEW)  

در زمان آخرین مشاهده ابرنواختر فروپاشی هسته (SN1987A)، این پدیده با چشم غیر مسلح مشاهده شد. نوترینوها توسط دو آشکارساز آب چرنکوف، Kamiokande-II و آزمایش Irvine-MichiganBrookhaven (IMB) که 19 رویداد برهمکنش نوترینو را مشاهده کرده بود، شناسایی شدند. با این حال، تشخیص نوترینوها می‌تواند به عنوان چراغ راهنمایی یا هشدار برای ممانعت از مشاهده نوری ابرنواختر عمل کند. در نتیجه رصدخانه ها و ستاره شناسان مختلف نتوانستند به موقع برای مطالعه و جمع آوری داده ها اقدام کنند.  

از سال 1987، نجوم نوترینو بسیار پیشرفت کرده است. در حال حاضر، سیستم هشدار ابرنواختر SNWatch در محل قرار گرفته است که به گونه ای برنامه ریزی شده است که هشداری را برای کارشناسان و سازمان های مربوطه در مورد مشاهده احتمالی ابرنواختر به صدا درآورد. و شبکه‌ای از رصدخانه‌های نوترینو در سرتاسر جهان به نام سیستم هشدار اولیه ابرنواختر (SNEWS) وجود دارد که سیگنال‌ها را برای بهبود اطمینان در تشخیص ترکیب می‌کند. هر فعالیت معمولی توسط آشکارسازهای فردی به سرور مرکزی SNEWS اطلاع داده می شود. علاوه بر این، اخیراً SNEWS به SNEWS 2.0 ارتقا یافته است که هشدارهایی با اطمینان کمتر نیز تولید می کند.  

ابرنواختر قریب الوقوع در راه شیری   

رصدخانه های نوترینو که در سرتاسر جهان پراکنده شده اند، به دنبال اولین کشف نوترینوهای ناشی از فروپاشی هسته گرانشی ستارگان خانه ما هستند. کهکشان. بنابراین، موفقیت آنها بسیار به سرعت فروپاشی هسته ابرنواختر در کهکشان راه شیری بستگی دارد. 

در مقالاتی که اخیراً منتشر شده است، محققان نرخ فروپاشی هسته ابرنواختر در کهکشان راه شیری را 1.63 ± 0.46 رویداد در هر 100 سال تخمین زده اند. تقریباً یک تا دو ابرنواختر در هر قرن. علاوه بر این، تخمین‌ها نشان می‌دهند که فاصله زمانی بین فروپاشی هسته ابرنواختر در کهکشان راه شیری می‌تواند بین 47 تا 85 سال باشد.  

بنابراین، با توجه به آخرین رویداد ابرنواختری، SN 1987A، 35 سال پیش مشاهده شد، ممکن است در آینده نزدیک، رویداد ابرنواختر بعدی در راه شیری مورد انتظار باشد. با شبکه‌سازی رصدخانه‌های نوترینو برای شناسایی انفجارهای اولیه و سیستم هشدار زودهنگام ابرنواختری (SNEW)، دانشمندان در موقعیتی قرار خواهند گرفت که به اتفاقات شدید بعدی مرتبط با انفجار ابرنواختری یک ستاره در حال مرگ نگاهی دقیق داشته باشند. این یک رویداد مهم و یک فرصت منحصر به فرد برای مطالعه مراحل قبل، حین و پس از مرگ یک ستاره برای درک بهتر از جهان.  

  *** 

منابع:  

1. آتش بازی کهکشان, NGC 6946: What make this کهکشان خیلی خاص؟ علمی اروپایی ارسال شده در 11 ژانویه 2021. موجود در http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/  

2. Scholberg K. 2012. تشخیص نوترینو ابرنواختر. پیش چاپ axRiv. موجود در https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf  

3. خاروسی س آل، و همکاران 2021. SNEWS 2.0: یک سیستم هشدار اولیه ابرنواختر نسل بعدی برای نجوم چند پیام رسان. مجله جدید فیزیک، جلد 23، مارس 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33 

4. Rozwadowskaab K., Vissaniab F., and Cappellaroc E., 2021. در مورد میزان فروپاشی هسته ابرنواخترها در راه شیری. New Astronomy Volume 83, فوریه 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. پیش چاپ axRiv در دسترس است https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf  

5. مورفی، سی تی، و همکاران 2021. تاریخچه شاهد: توزیع آسمان، قابلیت تشخیص، و نرخ ابرنواخترهای راه شیری با چشم غیر مسلح. اعلامیه های ماهانه انجمن سلطنتی نجوم، جلد 507، شماره 1، اکتبر 2021، صفحات 927-943، DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. پیش چاپ axRiv موجود در https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf 

***