In recent gepubliceerde artikelen schatten onderzoekers de snelheid van het instorten van de supernovakern in de Melkweg op 1.63 ± 0.46 gebeurtenissen per eeuw. Daarom, gezien de laatste supernova-gebeurtenis, SN 1987A werd 35 jaar geleden in 1987 waargenomen, kan de volgende supernova-gebeurtenis in de Melkweg elk moment in de nabije toekomst worden verwacht.
Levensloop van een ster en een supernova
Op een tijdschaal van miljarden jaren doorlopen sterren een levenscyclus: ze worden geboren, verouderen en sterven uiteindelijk met een explosie en de daaropvolgende verspreiding van sterrenmateriaal in de interstellaire ruimte als stof of wolk.
Het leven van een ster begint in een nevel (een wolk van stof, waterstof, helium en andere geïoniseerde gassen) wanneer de gravitationele ineenstorting van een gigantische wolk aanleiding geeft tot een protoster. Deze blijft groeien door accretie van gas en stof totdat hij zijn uiteindelijke massa bereikt. De uiteindelijke massa van de ster bepaalt zijn levensduur en wat er met de ster gebeurt gedurende zijn bestaan.
Alle sterren halen hun energie uit kernfusie. De verbranding van kernbrandstof in de kern creëert een sterke naar buiten gerichte druk als gevolg van de hoge kerntemperatuur. Deze druk compenseert de naar binnen gerichte zwaartekracht. Dit evenwicht wordt verstoord wanneer de brandstof in de kern opraakt. De temperatuur daalt en de naar buiten gerichte druk neemt af. Daardoor wordt de naar binnen gerichte zwaartekracht dominant, waardoor de kern krimpt en instort. Wat een ster uiteindelijk wordt na de ineenstorting, hangt af van de massa van de ster. Bij superzware sterren ontstaan er enorme schokgolven wanneer de kern in korte tijd instort. Deze krachtige, heldere explosie wordt een supernova genoemd.
Deze kortstondige astronomische gebeurtenis vindt plaats tijdens de laatste evolutiefase van een ster en laat een supernovarestant achter. Afhankelijk van de massa van de ster kan het restant een neutronenster of een zwart gat zijn.
SN 1987A, de laatste supernova
De laatste supernova- explosie was SN 1987A, die 35 jaar geleden, in februari 1987, aan de zuidelijke hemel te zien was. Het was de eerste supernova die met het blote oog zichtbaar was sinds die van Kepler in 1604. Deze supernova, gelegen in de nabijgelegen Grote Magelhaanse Wolk (een satellietstelsel van de Melkweg), was een van de helderste exploderende sterren in meer dan 400 jaar. De ster straalde maandenlang met de kracht van 100 miljoen zonnen en bood een unieke kans om de fasen vóór, tijdens en na de dood van een ster te bestuderen.
Studie van supernova is belangrijk
De studie van supernova's is op verschillende manieren nuttig, bijvoorbeeld voor het meten van afstanden in de ruimte , het begrijpen van het uitdijende heelal en de aard van sterren als de fabrieken van alle elementen waaruit alles (inclusief ons) in het universum is opgebouwd. De zwaardere elementen die ontstaan als gevolg van kernfusie (van lichtere elementen) in de kern van sterren, evenals de nieuw gevormde elementen tijdens de kernimplosie, worden tijdens een supernova-explosie door de ruimte verspreid . Supernova's spelen een cruciale rol in de verspreiding van elementen door het universum.
Helaas is er in het verleden weinig gelegenheid geweest om supernova-explosies van dichtbij te observeren en te bestuderen. Nauwkeurige observatie en studie van supernova-explosies binnen ons eigen sterrenstelsel, de Melkweg, zou opmerkelijk zijn, omdat dergelijk onderzoek onder die omstandigheden nooit in laboratoria op aarde zou kunnen worden uitgevoerd. Vandaar de noodzaak om supernova's te detecteren zodra ze beginnen. Maar hoe weet je wanneer een supernova-explosie op het punt staat te beginnen? Bestaat er een waarschuwingssysteem voor naderende supernova-explosies?
Neutrino, het baken van supernova-explosie
Rond het einde van de levensloop, als een ster geen lichtere elementen meer heeft als brandstof voor de kernfusie die hem aandrijft, domineert de innerlijke zwaartekracht en beginnen de buitenste lagen van de ster naar binnen te vallen. De kern begint in te storten en in enkele milliseconden wordt de kern zo samengedrukt dat elektronen en protonen samensmelten om neutronen te vormen en een neutrino wordt vrijgegeven voor elk gevormd neutron.
De aldus gevormde neutronen vormen een proto-neutronenster in de kern van de ster, waarop de rest van de ster onder invloed van een intens zwaartekrachtveld naar beneden valt en terugkaatst. De schokgolf die hierdoor ontstaat, doet de ster uiteenvallen, waardoor alleen de kern overblijft (een neutronenster of een zwart gat, afhankelijk van de massa van de ster), terwijl de rest van de massa van de ster zich verspreidt in de interstellaire ruimte.
De enorme hoeveelheid neutrino's die vrijkomt bij de ineenstorting van een supernovakern ontsnapt ongehinderd de ruimte in , omdat ze geen interactie hebben met materie. Ongeveer 99% van de zwaartekrachtsenergie ontsnapt als neutrino's (vóór de fotonen, die in het veld gevangen blijven) en fungeert als een baken voor een naderende supernova-explosie. Deze neutrino's kunnen op aarde worden opgevangen door neutrino-observatoria, die op hun beurt een vroegtijdige waarschuwing vormen voor een mogelijke optische waarneming van een supernova-explosie.
De ontsnappende neutrino's bieden ook een unieke kijk op extreme gebeurtenissen in een exploderende ster, die implicaties kunnen hebben voor het begrip van de fundamentele krachten en elementaire deeltjes.
Supernova Early Warning-systeem (SNEW)
Op het moment van de laatst waargenomen kerninstorting supernova (SN1987A), werd het fenomeen waargenomen met het blote oog. De neutrino's werden gedetecteerd door twee water-Cherenkov-detectoren, Kamiokande-II en het Irvine-MichiganBrookhaven (IMB) -experiment dat 19 neutrino-interactiegebeurtenissen had waargenomen. De detectie van neutrino's zou echter kunnen fungeren als baken of alarm voor het belemmeren van optische observatie van de supernova. Als gevolg hiervan konden verschillende observatoria en astronomen niet op tijd ingrijpen om gegevens te bestuderen en te verzamelen.
Sinds 1987 is de neutrino-astronomie veel gevorderd. Nu is het supernova-waarschuwingssysteem SNWatch geïnstalleerd dat is geprogrammeerd om alarm te slaan aan de experts en relevante organisaties over een mogelijke supernova-waarneming. En er is een netwerk van neutrino-observatoria over de hele wereld, genaamd Supernova Early Warning System (SNEWS), die signalen combineren om het vertrouwen in een detectie te vergroten. Elke gebruikelijke activiteit wordt door individuele detectoren gemeld aan een centrale SNEWS-server. Verder is SNEWS onlangs geüpgraded naar SNEWS 2.0, die ook waarschuwingen met een lagere betrouwbaarheid produceert.
Nakende Supernova in de Melkweg
Neutrino-observatoria over de hele wereld streven ernaar om als eersten neutrino's te detecteren die ontstaan door de gravitationele ineenstorting van de kernen van sterren in ons eigen sterrenstelsel . Hun succes is daarom sterk afhankelijk van de snelheid waarmee supernovakernen instorten in de Melkweg.
In recent gepubliceerde artikelen hebben onderzoekers de snelheid van het instorten van de supernovakern in de Melkweg geschat op 1.63 ± 0.46 gebeurtenissen per 100 jaar; ongeveer één tot twee supernova's per eeuw. Verder suggereren schattingen dat het tijdsinterval tussen supernova instorting van de kern in de Melkweg tussen 47 en 85 jaar zou kunnen zijn.
Gezien het feit dat de laatste supernova, SN 1987A, 35 jaar geleden werd waargenomen, kan de volgende supernova in de Melkweg elk moment in de nabije toekomst worden verwacht. Met de neutrino-observatoria die met elkaar verbonden zijn om de eerste uitbarstingen te detecteren en het verbeterde Supernova Early Warning System (SNEW), zullen wetenschappers in staat zijn om de volgende extreme gebeurtenissen die gepaard gaan met de supernova-explosie van een stervende ster van dichtbij te bestuderen. Dit zou een gedenkwaardige gebeurtenis zijn en een unieke kans om de fasen vóór, tijdens en na de dood van een ster te bestuderen voor een beter begrip van het universum.
***
Bronnen:
- Het vuurwerk Melkweg, NGC 6946: Wat maakt dit Melkweg heel speciaal? Wetenschappelijk Europees. Geplaatst op 11 januari 2021. Beschikbaar op http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Scholberg K. 2012. Supernova-neutrino-detectie. Voorbedrukking axRiv. Verkrijgbaar bij https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Kharusi S Al, c.s. 2021. SNEWS 2.0: een supernova-waarschuwingssysteem van de volgende generatie voor astronomie met meerdere berichten. New Journal of Physics, Volume 23, maart 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F. en Cappellaroc E., 2021. Over de snelheid van kerninstorting van supernova's op de melkweg. New Astronomy Volume 83, februari 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Preprint axRiv verkrijgbaar bij https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Murphey, CT, c.s. 2021. Getuige zijn van de geschiedenis: verspreiding van de hemel, detecteerbaarheid en snelheid van supernovae in de Melkweg met het blote oog. Maandelijkse mededelingen van de Royal Astronomical Society, Volume 507, uitgave 1, oktober 2021, pagina's 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Preprint axRiv Verkrijgbaar bij https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
