Обнаружено нейтрино от сверхновой, которая вот-вот взорвётся

Нейтрино – очень загадочная штука. Оно представляет собой крошечную частицу, почти без массы и без электрического заряда. Они также хорошо известны тем, что частицы нейтрино очень сложно обнаружить. Из-за этого учёные пошли на множество ухищрений. Например, нейтринная обсерватория IceCube пытается обнаружить нейтрино с помощью цепочек детекторов, погружённых на глубину 2450 метров в антарктических льдах

Известно, что нейтрино связаны со сверхновыми, то есть массивными звёздами, которые в конце своей жизни мощно взрываются. Есть предположение, что нейтрино могут играть определённую роль в инициировании возможных взрывов сверхновых. По этой и по многим другим причинам астрономы очень сильно интересуются этими частицами.

Новое исследование было посвящено так называемым «предсверхновым» нейтрино, то есть таким частицам, которые могут быть обнаружены ещё до самого взрыва звезды. Эта работа должна помочь астрономам более детально разобраться в сложном феномене сверхновых.

Новое исследование носит название «Чувствительность моделей звёздной эволюции к нейтрино сверхновых» (The sensitivity of presupernova neutrinos to stellar evolution models). Его автором является Рёсукэ Хираи из Центра обнаружения гравитационных волн ARC Centre of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) в Университете Монаша. Статья доступна на сайте arxiv.org.

Умирающая звезда может испускать огромное количество нейтрино, что уже само по себе может спровоцировать взрыв сверхновой. Нейтрино проходят сквозь звезду и выходят из неё прежде, чем взрыв внутри звезды достигнет её поверхности. Вследствие такого явления есть возможность обнаружить нейтрино от сверхновой до того, как звезда действительно взорвётся.

Именно это и произошло со знаменитой сверхновой SN 1987A, которая взорвалась в Большом Магеллановом Облаке в 1987 году. Примерно за два-три часа до того, как свет этой сверхновой достиг нас, три отдельные нейтринные обсерватории обнаружили всплеск нейтрино. И, хотя сверхновая испустила по астрономических меркам огромное количество нейтрино, три обсерватории обнаружили в общей сложности только двадцать пять из них, подчёркивая, насколько трудно изучать эти частицы.

Это открытие нейтрино привело к созданию нейтринной астрономии. А текущие наблюдения также согласуются с теорией о том, что девяносто девять процентов энергии сверхновой находится в форме нейтрино.

Но 1987 год был очень давно с точки зрения технического прогресса. Современные детекторы нейтрино стали лучше, и учёные считают, что если бы подобная сверхновая взорвалась сегодня, мы бы обнаружили гораздо больше нейтрино. Вместо двадцати пяти, обнаруженных в 1987 году, мы обнаружили бы пятьдесят тысяч.

На самом деле эта технология настолько улучшилась, что астрономы полагают, что смогут обнаружить нейтрино сверхновой за несколько дней до взрыва, а не за два или три часа. И, поскольку теперь можно обнаружить так много частиц и на более ранней стадии взрыва, есть вероятность того, что можно больше узнать о самом процессе взрыва сверхновой, когда он произойдёт в следующий раз.

Несмотря на то, что астрономы и астрофизики уже много знают о процессе взрыва сверхновой, им предстоит выяснить ещё огромное количество деталей, особенно на последних этапах. Исследователи надеются, что, обнаружив большое количество нейтрино и начав с более ранних стадий взрыва сверхновых, они смогут прояснить некоторые детали. Дело в том, что многие учёные построили свои модели конечных фаз сверхновой, но эти результаты являются случайными, и трудно проверить эти теории на практике.

В этом новом исследовании авторы смоделировали различные сценарии для сверхновой звезды с массой прародителя, равной в пятнадцать солнечных масс. Их идея состояла в том, чтобы исследовать разнообразие нейтрино, индуцированных различными моделями предсуперновых. Нейтрино имеют различную светимость в зависимости от того, на какой стадии сверхновой они получены. Моделируя это, учёные будут лучше понимать, что они «увидят» в следующий раз, когда взорвется сверхновая.

«Это поможет нам извлечь максимальную пользу из информации о будущих обнаружениях нейтрино ещё до взрыва сверхновой. В этом первом исследовании мы изучали неопределённость на одной звезде, масса которой в пятнадцать раз превышает массу Солнца. Нейтринное излучение, рассчитанное по этим звёздным моделям, сильно отличалось по светимости нейтрино. Это означает, что оценки нейтрино до сверхновой очень чувствительны к этим мелким деталям звёздной модели», – Рёсукэ Хираи.

Сверхновые – чрезвычайно сложные астрофизические явление. Разнообразие испускаемых нейтрино зависит от самых разных факторов. Авторы утверждают, что их феноменологическая модель сыграет ключевую роль в определении разрыва между теорией звёздной эволюции и наблюдениями за нейтрино.

Один из пробелов в нашем понимании нейтрино и сверхновых касается коллапса ядра сверхновых. Когда ядро впервые коллапсирует, то производит электронные нейтрино, а затем перегретое нейтронное ядро производит другие типы нейтрино. Астрофизики считают, что подавляющее большинство этих нейтронов покидает звезду. Но один процент из них действительно передаёт вою энергию во внешние слои звезды. Эта энергия приводит, в конечном счёте, к катастрофическому разрушению звезды. Но на данный момент это всего лишь теория, и для её понимания необходимы дополнительные наблюдения.

«Результаты, представленные в этой статье, всё ещё являются неполными, и она является пилотным исследованием для проведения более тщательных исследований, чтобы связать нейтрино досверхновой звезды с теорией звёздной эволюции».

Похоже, что всё астрофизические сообщество ждёт, когда взорвётся следующая сверхновая. Учёные готовы значительно расширить своё понимание как сверхновых, так и нейтрино. Все уверены, что высокостатистический нейтринный сигнал от следующей ближайшей сверхновой обеспечит огромное количество астрофизической и физико-космической информации.

«Следующая сверхновая в нашей Галактике может взорваться в любой день, и учёные с нетерпением ждут обнаружения нейтрино до её взрыва. Но мы всё ещё не знаем, что можем узнать из этого. В этом исследовании изложены первые шаги того, как интерпретировать полученные данные. В конце концов, мы сможем использовать нейтрино предсверхновых, чтобы понять важнейшие части эволюции массивных звёзд и механизм взрыва сверхновых».

Источник: theuniversetimes.ru