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超新星事件可能随时在我们的家庭银河发生

科学天文学与空间科学超新星事件可能随时在我们的家庭银河发生

在最近发表的论文中,研究人员估计银河系中超新星核心坍塌的速率为每世纪 1.63 ± 0.46 次。 因此,鉴于上一次超新星事件,SN 1987A 是在 35 年前的 1987 年观测到的,银河系中的下一次超新星事件可能会在不久的将来的任何时候出现。 

恒星和超新星的生命历程  

在亿万年的时间尺度上, 星星 经历一个生命历程,它们出生、老化并最终随着爆炸和随后的恒星物质以尘埃或云的形式散布到星际空间而死亡。  

恒星的生命始于星云(尘埃、氢、氦和其他电离气体的云),当时巨云的引力坍缩产生了原恒星。 随着气体和尘埃的增加,它会继续进一步增长,直到达到最终质量。 恒星的最终质量决定了它的寿命以及恒星在其生命中发生的事情。  

所有恒星都从核聚变中获取能量。 由于堆芯温度高,在堆芯中燃烧的核燃料会产生强大的向外压力。 这平衡了向内的引力。 当堆芯中的燃料耗尽时,平衡就会被打破。 温度下降,向外的压力减小。 结果,向内挤压的引力成为主导,迫使核心收缩和坍塌。 恒星坍缩后的最终结果取决于恒星的质量。 在超大质量恒星的情况下,当核心在短时间内坍塌时,会产生巨大的冲击波。 这种强大而明亮的爆炸被称为超新星。  

这种短暂的天文事件发生在恒星的最后演化阶段,并留下超新星遗迹。 根据恒星的质量,残骸可能是中子星或黑洞。   

SN 1987A,最后一颗超新星  

最后一次超新星事件是 SN 1987A,它是 35 年前的 1987 年 1604 月在南方天空中看到的。这是自 400 年开普勒事件以来肉眼可见的第一次此类超新星事件。位于附近的大麦哲伦星云(大麦哲伦星云)中。银河系),它是 100 多年来最亮的爆炸恒星之一,以 XNUMX 亿个太阳的能量持续燃烧数月,为研究恒星死亡之前、之中和之后的阶段提供了独特的机会。  

研究超新星很重要  

对超新星的研究在几个方面都有帮助,例如测量太空距离、理解膨胀的宇宙以及恒星的性质,它们是制造宇宙中所有事物(包括我们)的所有元素的工厂。 由于恒星核心(较轻元素)的核聚变而形成的较重元素以及核心坍缩过程中新产生的元素在超新星爆炸期间分布在整个空间中。 超新星在整个宇宙中分布元素方面发挥着关键作用。  

不幸的是,过去没有太多机会仔细观察和研究超新星爆炸。 近距离观察和研究我们的家乡银河系内的超新星爆炸将是非凡的,因为在这种条件下的研究永远无法在地球上的实验室中进行。 因此,必须在超新星一开始就对其进行检测。 但是,如何知道超新星爆发何时开始? 有没有阻止超新星爆发的预警系统?  

中微子,超新星爆炸的灯塔  

在生命历程的尾声,当恒星耗尽作为核聚变燃料的较轻元素​​时,向内的引力推动占主导地位,恒星的外层开始向内下降。 核心开始坍缩,在几毫秒内核心被压缩到电子和质子结合形成中子,每个形成的中子释放一个中微子。  

如此形成的中子在恒星核心内部构成了一颗原中子星,恒星的其余部分在强烈的引力场下坠落并反弹回来。 产生的冲击波使恒星解体,留下唯一的核心残余物(中子星或黑洞,取决于恒星的质量),其余的恒星质量分散到星际空间。  

巨大的爆发 中微子 由于引力核心坍缩不受阻碍地逃逸到外层空间而产生,因为它与物质不相互作用。 大约 99% 的引力结合能以中微子的形式逃逸(在被困在场中的光子之前)并充当阻碍超新星爆炸的灯塔。 这些中微子可以在地球上被中微子天文台捕捉到,而这些中微子天文台反过来又可以作为超新星爆炸可能光学观测的早期预警。  

逃逸的中微子还为了解爆炸恒星内部的极端事件提供了一个独特的窗口,这可能对理解基本力和基本粒子产生影响。  

超新星预警系统(SNEW)  

在最后一次观测到的核心坍缩超新星(SN1987A)时,这种现象是用肉眼观察到的。 中微子是由两个水切伦科夫探测器,Kamiokande-II 和 Irvine-MichiganBrookhaven (IMB) 实验探测到的,该实验观察到了 19 个中微子相互作用事件。 然而,中微子的探测可以作为灯塔或警报,阻碍对超新星的光学观测。 结果,各种天文台和天文学家无法及时采取行动进行研究和收集数据。  

自 1987 年以来,中微子天文学有了长足的进步。 现在,超新星警报系统 SNWatch 已经到位,该系统被编程为向专家和相关组织发出警报,告知可能出现的超新星目击事件。 而且,世界各地有一个中微子观测网络,称为超新星预警系统(SNEWS),它结合信号以提高探测的信心。 任何常见的活动都会由各个探测器通知中央 SNEWS 服务器。 此外,SNEWS 最近升级到 SNEWS 2.0,这也产生了低置信度警报。  

银河系即将出现的超新星   

遍布世界各地的中微子观测站的目标是首先探测由我们所在星系中恒星的引力核心坍缩产生的中微子。 因此,它们的成功很大程度上取决于银河系中超新星核心坍塌的速度。 

在最近发表的论文中,研究人员估计银河系中超新星核心坍塌的速率为每 1.63 年 0.46 ± 100 个事件; 每个世纪大约有 47 到 85 颗超新星。 此外,估计表明银河系中核心坍塌超新星之间的时间间隔可能在 XNUMX 到 XNUMX 年之间。  

因此,鉴于上一次超新星事件 SN 1987A 是在 35 年前观测到的,银河系中的下一次超新星事件可能会在不久的将来的任何时候出现。 随着中微子天文台联网以检测早期爆发和升级后的超新星预警系统(SNEW),科学家们将能够近距离观察与垂死恒星超新星爆炸相关的下一个极端事件。 这将是一个重大事件和一个独特的机会,可以研究恒星死亡之前、之中和之后的各个阶段,以便更好地了解宇宙。  

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来源:  

  1. 烟花星系,NGC 6946:是什么让这个星系如此特别? 科学欧洲。 11 年 2021 月 XNUMX 日发布。可在 https://www.scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/  
  1. Scholberg K. 2012. 超新星中微子探测。 预印本 axRiv。 可在 https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf  
  1. 哈鲁西 S 铝, 2021. SNEWS 2.0:用于多信使天文学的下一代超新星预警系统。 新物理学杂志,第 23 卷,2021 年 031201 月。XNUMX。DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33 
  1. Rozwadowskaab K.、Vissaniab F. 和 Cappellaroc E.,2021 年。关于银河系中核心坍缩超新星的速率。 新天文学第 83 卷,2021 年 101498 月,XNUMX。DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. 预印本 axRiv 可在 https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf  
  1. 康涅狄格州墨菲, 2021.见证历史:肉眼银河系超新星的天空分布、可探测性和比率。 皇家天文学会月报,第 507 卷,第 1 期,2021 年 927 月,第 943–XNUMX 页,DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. 预印本 axRiv 可在 https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf 

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赛欧团队
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