Следующая сверхновая в нашей галактике

http://scienceblogs.com/startswithabang/2012/01/26/our-galaxys-next-supernova/
  • Перевод
Разнообразие природных явлений столь велико, а скрытые в небесах сокровища столь богаты, что благодаря их количеству человеческий разум никогда не будет нуждаться в подпитке.
— Иоганн Кеплер

Так говорил человек, открывший в 1604 году самую свежую на тот момент сверхновую, находящуюся в нашей Галактике и наблюдаемую в видимом спектре. И хотя, скорее всего, после неё было ещё два взрыва, их не было видно невооружённым глазом, а их остатки были открыты уже при помощи мощных телескопов.

В январе 2012 года была открыта первая в том году сверхновая, в галактике, отстоящей от нас на 25 миллионов световых лет, NGC 3239. Изображённая ниже сверхновая получила имя SN 2012a.



С типичной периодичностью в примерно одну сверхновую в одной галактике за одну сотню лет, становится интересно, что бы мы увидели – и как быстро – если бы сверхновая образовалась в нашей Галактике.

Вспомним, что сверхновая может образоваться одним из двух способов, но оба они включают в себя вышедшую из-под контроля реакцию ядерного синтеза, высвобождающую огромное количества света и энергии. Большая часть энергии, что удивительно, выделяется не в виде света! Давайте заглянем внутрь звезды, которая через несколько секунд должна превратиться в сверхновую.



Кроме встрясок и большой температуры, внутренние реакции производят нейтрино, из которых большая часть не взаимодействует с внешними слоями звезды! С ними взаимодействуют лишь некоторые нейтрино, а также все протоны, нейтроны и электроны, появление которых не происходит моментально. И хотя у взрывной волны проход до внешних слоёв звезды отнимает пару часов, нейтрино проделывают этот путь почти мгновенно!

Это значит, что когда звезда превращается в сверхновую, поток нейтрино возникает до потока света! Мы открыли это при наблюдениях в 1987 году.



Когда сверхновая 1987а взорвалась на расстоянии всего в 168 000 световых годах от нас, это было достаточно близко – и у нас было достаточное количество детекторов нейтрино – чтобы засечь 23 (анти)нейтрино за период в 13 секунд. Самый крупный детектор, Камиоканде-II, содержавший 3 000 тонн воды, засёк 11 антинейтрино.

Сегодня находящийся на его месте детектор Супер Камиоканде-III, содержит 50 000 тонн воды и 11 000 фотоэлектронных умножителей. (В мире есть множество других прекрасных детекторов нейтрино, но я остановлюсь на этом для примера).



Его устройство удивительно потому, что он может не только обнаруживать нейтрино, но и определять направление, энергию и точку взаимодействия даже единственного нейтрино, которому повезло провзаимодействовать с любой из частиц в 50 000 тонн воды!



В зависимости от того, в каком месте нашей Галактики появится потенциальная сверхновая, Супер Камиоканде-III должен будет зарегистрировать от нескольких тысяч антинейтрино (в случае взрыва с противоположной стороны Галактики) до более чем десятка миллионов, и всё это за 10 – 15 секунд!

Детекторы нейтрино по всему миру увидят поток нейтрино, одновременно и с одной и той же стороны. В этот момент у нас останется 2-3 часа на определение направления на источник этих нейтрино, и поворот телескопов для попытки визуального наблюдения сверхновой – в первый раз в истории – с самого её начала!



Ближайшая после 1987 года сверхновая была та, что изображена выше, и мы сумели разглядеть её через полдня после взрыва.

В основном благодаря счастливому случаю, мы довольно близко подобрались к интенсивной гиперновой в 2002 году.



И всё равно мы начали наблюдать эту звезду, SN 2002ap, только спустя 3-4 часа после первого взрыва. Если сверхновая, которой предстоит появиться, будет принадлежать к категории Ia – то есть, происходить от белого карлика – у нас нет возможности предсказать, в какой части галактики это произойдёт. Белых карликов слишком много, расположение большинства из них неизвестно и считается, что они разбросаны по всей Галактике.

Если же сверхновая случится у очень массивной звезды с ядром, коллапсирующим под собственной тяжестью, (сверхновая типа II), у нас для этого есть набор неплохих кандидатов и отличных мест для поисков.



Очевидное место – центр Галактики, где взорвалась последняя из известных сверхновых Млечного пути, а также место пребывания самых массивных звёзд, существующих в нашей Галактике. В следующие 100 000 лет там совершенно точно появится множество сверхновых II типа, но у нас нет возможности узнать, когда мы увидим следующую. Разглядывая картинку выше, подумайте о том, что взрывы этих сверхновых уже, скорее всего, произошли, и мы лишь ждём момента, когда нейтрино (а за ними и свет) дойдут до нас!

Но у нас есть кандидаты и поближе галактического центра.



Заглянем в недра огромной туманности, в которой рождаются звёзды, и найдём там самые горячие и молодые звёзды среди всех, что можно встретить во Вселенной. Именно там живут ультрамассивные звёзды – и, в частности, Туманность Орла на фото выше может быть домом для очень недавней сверхновой. Туманность Орла, Туманность Ориона и множество других регионов, заполненных молодыми звёздами, служат прекрасными местами для рождения следующей сверхновой.

А что насчёт отдельных звёзд? Хотя есть множество хороших кандидатов, два из них особенно часто участвуют в наших разговорах.



Эта Киля, находящаяся на самых последних стадиях жизни, может буквально в любой момент стать сверхновой. Или до этого момента могут пройти сотни, тысячи и десятки тысяч лет. Но если мы обнаружим поток антинейтрино, идущих примерно с её позиции в космосе, то именно на неё мы направим свои телескопы в первую очередь!

В отличие от кандидатов, расположенных на расстояниях в тысячи световых лет от нас, есть ещё один, гораздо ближе. Это самый близкий кандидат на сверхновую!



Поздоровайтесь с Бетельгейзе, красным супергигантом в 640 световых годах от нас. Бетельгейзе такой огромный, что его диаметр сравним с орбитой Сатурна! Если Бетельгейзе превратится в сверхновую, наши детекторы нейтрино по всей Земле зарегистрируют порядка сотни миллионов антинейтрино, что в сумме превзойдёт количество всех нейтрино всех типов, когда-либо зарегистрированных за всю историю.

Но если сверхновыми станут не эти известные кандидаты, сможем ли мы сказать, была ли это сверхновая типа Ia или типа II?



Всегда можно подождать. У сверхновых разных типов очень разные световые кривые, и то, как свет затухает после достижения пиковой яркости, покажет нам, какой это был тип сверхновой.

Но в таком удивительном случае я не собираюсь испытывать своё терпение. К счастью, мне это и не будет нужно, поскольку сверхновая в нашей галактике, скорее всего, станет первым регистрируемым наблюдением новейшего типа астрономии: астрономии гравитационных волн!



На гравитационные волны ничего не влияет, и такие волны от взрыва сверхновой должны будут пройти через находящиеся у них на пути звёзды, газ, пыль или материю без нарушений, и прийти одновременно с первой волной (анти)нейтрино! А плюс будет в том, что, согласно нашим лучшим симуляциям ОТО, сверхновые типа II (коллапс ядра) и типа Ia (белый карлик, падающий по спирали) должны будут породить совершенно разные гравитационные волны!

Если это будет сверхновая типа Ia, мы должны будем зарегистрировать три отдельных региона в сигнале:



Фаза спирального падения должна будет произвести периодическую пульсацию, увеличивающую частоту и силу по мере того, как белые карлики достигают финальной стадии разделения. В момент зажигания в сигнале должен произойти всплеск, за которым последует фаза затухания. Очень разные вещи.

Но если у нас будет сверхновая типа II, от сверхмассивной коллапсирующей звезды, мы увидим всего две интересные вещи.



Огромный всплеск – сама сверхновая – через одну десятую секунды после коллапса ядра, за которым следует быстро затухающий (в пределах 0,02 сек) отклик. И если нам нужно будет понять, что мы видели, нам понадобится лишь вот такой говорящий сигнал гравитационных волн.

Вот что мы бы увидели, если бы следующая сверхновая в нашей Галактике взорвалась бы сегодня!
Поделиться публикацией

Комментарии 25

    –1
    > Если Бетельгейзе превратится в сверхновую, наши детекторы нейтрино по всей Земле зарегистрируют порядка сотни миллионов антинейтрино
    Есть предположение, что если Бетельгейзе превратится в сверхновую, у нас на Земле будут проблемы поважнее наблюдения за антинейтрино.
      +1
      Да ну? Чтобы на Земле начались от этого какие-то проблемы, мы должны бы были находиться как минимум в 10 раз ближе к ней, чем сейчас.
        0
        На этот счет единого мнения у учёных, насколько я понимаю, ещё нет. Одни пишут, что уровень УФ-излучения на таком расстоянии будет неопасным. Другие, что опасным.
        +3
        Википедия считает, что для того, чтобы у нас возникли проблемы сверхновая должна рвануть примерно на расстоянии 26 св. лет. Бетельгейзе находится на расстоянии 640 св. лет. Так что можно будет спокойно любоваться.
          0
          Википедия она такая, не соврет.
          Вот как раз после потока нейтрино останется пару часов, чтобы дописать туда «Впрочем — сейчас посмотрим».
            0
            Сетчатку глаза можно будет повредить.

            Помимо Бетельгейзе есть лучший кандидат в страшилки. Сириус Б, являясь белым карликом, имеет массу от 1 до 1.1 солнечной при диаметре 0.9 земного. Критический предел Чандрасекара, при котором рванёт в сверхновую типа Ia, от 1.2 до 1.4 солнечной массы. До него 8.6 световых лет… К тому моменту человечество должно слинять куда-нибудь подальше, потому что солнечная система будет стерилизована.
              0
              Как же он рванёт если нужно 1.2, а у него только 1.1 солнечной массы?
                +1
                А он с Сириуса А тянет постоянно материю и прибавляет в весе. Это система двойной звезды. Кроме того, 1.2, 1.1 всё это на уровне ошибки расчётов как-то. Так что если кто-то будет сетовать на то, что через сколько-то там миллиардов лет солнце погаснет, то его можно смело успокоить, что к тому времени Сириус Б точно рванёт.
            +1
            Ученые, занимающиеся наблюдением антинейтрино, все равно будут в плюсе: и наблюдения проведут и живы останутся. На глубине, где можно регистрировать нейтрино, вряд ли им грозит массовое вымирание от гамма-всплеска.
            0
            Из статьи так и не стало понятно, где должна находиться сверхновая и какого размера (класса) она должна быть, чтобы её было видно невооружённым глазом?
            А если на дневном небе?
            Насколько это опасно (будет ли кому на это смотреть)?
            И сколько времени будет наблюдаться это красивое явление?
              0
              Такое уже было в 1054 году. См. Крабовидная туманность.
              Вспышка была видна на протяжении 23 дней невооружённым глазом даже в дневное время.
                0
                Ещё ярче была вспышка 1006 года https://ru.wikipedia.org/wiki/SN_1006

                >По словам китайского астронома, звезда светила столь ярко, что ночью были хорошо различимы предметы. Некоторые источники говорят, что днём от её света падала тень.
                +4
                Сверхновые бывают разные по яркости, но при удачных обстоятельствах их можно увидеть с удаления в десятки тысяч световых лет, главное что бы пылью не закрывало.

                >А если на дневном небе?

                На дневном небе видны точечные объекты начиная с звездных величин -7...-9, так что сверхновую Ia (у которых абсолютная зв. в. -19) мы увидим в максимуме пика на дневном небе с 1000 парсек.

                >Насколько это опасно (будет ли кому на это смотреть)?

                Опасными считаются расстояния в 100 и меньше световых лет — к счастью в радиусе 100 св. лет от Солнца кандидатов в сверхновую нет. Про Бетельгейзе есть спекуляции насчет того, что она может взорваться типом II, и если джет попадет на нас, то будет плохо. Но вроде все же полюс звезды смотрит не на сол. систему.
                  0
                  Статья про то, что мы «увидим» с научной стороны, а про наблюдение сверхновых невооруженным глазом (в тч и sn1987a) можно прочитать на вики.
                  –1

                  Какой восторженный текст! Как много восклицательных знаков! ирония Спасибо за перевод!

                      0
                      Супер Камиоканде-III судя по названию Япония я правильно понимаю?
                      0
                      Разве взрыв сверхновой излучает гравитационные волны? Какой механизм их появления?
                        0
                        Идущий человек излучает гравитационные волны. Вопрос в масштабах, я не уверен, что современные детекторы смогут «увидеть» сверхновую.
                          0
                          Представьте камень, который плавает в жидкости, в которой не тонет. Вдруг. его размер резко изменяется: он становится больше, потом меньше — пульсирует. Как только камень становится больше — он вытесняет жидкость — и получается волна. Как только камень становится меньше — в свободное пространство перемещается вода, и так же получается волна.

                          Если сравнивать жидкость с пространством — ему от этого так же плохо, и функция затухания такая же.
                          0
                          Какой механизм их появления?
                          Скорее всего резкое изменение конфигурации массивного обекта.
                          Разрыв в клочья сверхновая типа II
                            0
                            С типичной периодичностью в примерно одну сверхновую в одной галактике за одну сотню лет, становится интересно, что бы мы увидели – и как быстро – если бы сверхновая образовалась в нашей Галактике.

                            Кто понял, объясните, пожалуйста, кто на ком стоял?
                              0
                              Может Бетельгейзе уже рванула лет 10 назад, а до нас пока свет и волны не дошли…
                                0
                                Это еще не так страшно. Хуже, если она уже рванула 639 лет назад.

                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                              Самое читаемое