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 & supernova
Op de tijdschaal van miljarden jaren, sterren ondergaan een levensloop, ze worden geboren, verouderen en sterven uiteindelijk met een explosie en de daaropvolgende verspreiding van stermateriaal in de interstellaire ruimte als stof of wolk.
Het leven van een ster begint in een nevel (wolk van stof, waterstof, helium en andere geïoniseerde gassen) wanneer de zwaartekracht van een gigantische wolk aanleiding geeft tot een protoster. Dit blijft verder groeien met aanwas van gas en stof totdat het zijn uiteindelijke massa bereikt. De uiteindelijke massa van de ster bepaalt zowel zijn levensduur als wat er tijdens zijn leven met de ster gebeurt.
Alle sterren halen hun energie uit kernfusie. De splijtstof die in de kern verbrandt, zorgt door de hoge kerntemperatuur voor een sterke buitenwaartse druk. Dit compenseert de innerlijke zwaartekracht. De balans wordt verstoord als de brandstof in de kern opraakt. De temperatuur daalt, de uitwendige druk neemt af. Als gevolg hiervan wordt de zwaartekracht van de naar binnen gerichte samendrukking dominant, waardoor de kern wordt gedwongen samen te trekken en in te storten. Hoe een ster er uiteindelijk uitziet na instorting hangt af van de massa van de ster. In het geval van superzware sterren, wanneer de kern in korte tijd instort, veroorzaakt dit enorme schokgolven. De krachtige, lichtgevende explosie wordt supernova genoemd.
Deze voorbijgaande astronomische gebeurtenis vindt plaats tijdens de laatste evolutionaire fase van een ster en laat een supernovarest achter. Afhankelijk van de massa van de ster kan het overblijfsel een neutronenster of een zwart gat zijn.
SN 1987A, de laatste supernova
De laatste supernova-gebeurtenis was SN 1987A die 35 jaar geleden in februari 1987 aan de zuidelijke hemel werd waargenomen. Het was de eerste dergelijke supernova-gebeurtenis die met het blote oog zichtbaar was sinds die van Kepler in 1604. Gelegen in de nabijgelegen Grote Magelhaense Wolk (een satellietstelsel van de Melkweg), was het een van de helderste exploderende sterren die we in meer dan 400 jaar hebben gezien en die gedurende enkele maanden met de kracht van 100 miljoen zonnen straalde en een unieke kans bood om de fasen voor, tijdens en na de dood van een ster te bestuderen.
Studie van supernova is belangrijk
Studie van supernova is op verschillende manieren nuttig, zoals het meten van afstanden in de ruimte, het begrijpen van uitdijing universum en de aard van sterren als de fabrieken van alle elementen die alles (inclusief wij) in de wereld maken universum. De zwaardere elementen die worden gevormd als gevolg van kernfusie (van lichtere elementen) in de kern van sterren, evenals de nieuw gecreëerde elementen tijdens het instorten van de kern, worden tijdens een supernova-explosie door de ruimte verspreid. De supernova's spelen een sleutelrol bij de verspreiding van elementen door de hele wereld universum.
Helaas is er in het verleden niet veel gelegenheid geweest om supernova-explosies nauwkeurig te observeren en te bestuderen. Nauwkeurige observatie en studie van de supernova-explosie in ons eigen melkwegstelsel, de Melkweg, zou opmerkelijk zijn omdat het onderzoek onder die omstandigheden nooit in laboratoria op aarde zou kunnen worden uitgevoerd. Vandaar de noodzaak om de supernova te detecteren zodra deze begint. Maar hoe weet je wanneer een supernova-explosie op het punt staat te beginnen? Is er een systeem voor vroegtijdige waarschuwing om een supernova-explosie te voorkomen?
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 zo gevormde neutronen vormen een proto-neutronenster in de kern van de ster waarop de rest van de ster onder een intens zwaartekrachtveld naar beneden valt en terugkaatst. De gegenereerde schokgolf desintegreert de ster en laat de enige overgebleven kern (een neutronenster of een zwart gat, afhankelijk van de massa van de ster) achter en de rest van de massa van de ster verspreidt zich in de interstellaire ruimte.
De enorme uitbarsting van neutrino's geproduceerd als gevolg van de ineenstorting van de zwaartekracht van de kern, ongehinderd naar de ruimte ontsnappen vanwege de niet-interactieve aard met materie. Ongeveer 99% van de gravitatiebindingsenergie ontsnapt als neutrino's (vóór fotonen die in het veld gevangen zitten) en fungeert als baken van het belemmeren van supernova-explosies. Deze neutrino's kunnen op aarde worden gevangen door de neutrino-observatoria, die op hun beurt fungeren als een vroege waarschuwing voor een mogelijke optische waarneming van een supernova-explosie binnenkort.
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
Over de hele wereld verspreide neutrino-observatoria streven naar de eerste detectie van neutrino's die het gevolg zijn van de ineenstorting van de zwaartekrachtkern van de sterren in ons eigen melkwegstelsel. Hun succes hangt daarom sterk af van de snelheid waarmee de supernovakern in de Melkweg instort.
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.
Daarom kan, gezien de laatste supernova-gebeurtenis, SN 1987A 35 jaar geleden waargenomen, de volgende supernova-gebeurtenis in de Melkweg op elk moment in de nabije toekomst worden verwacht. Nu de neutrino-observatoria op een netwerk zijn aangesloten om de vroege uitbarstingen te detecteren en het verbeterde Supernova Early Warning System (SNEW) aanwezig is, zullen de wetenschappers in een positie zijn om de volgende extreme gebeurtenissen die verband houden met de supernova-explosie van een stervende ster van dichtbij te bekijken. 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 de universum.
***
Bronnen:
- The Fireworks Galaxy, NGC 6946: wat maakt deze Galaxy zo speciaal? Wetenschappelijk Europees. Geplaatst op 11 januari 2021. Verkrijgbaar bij 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
***
