Í nýlega birtum greinum hafa vísindamenn áætlað hrun sprengistjörnukjarna í Vetrarbrautinni vera 1.63 ± 0.46 atburði á öld. Þess vegna, miðað við síðasta sprengistjörnuatburð, SN 1987A varð vart fyrir 35 árum síðan árið 1987, má búast við næsta sprengistjörnuatburði í Vetrarbrautinni hvenær sem er í náinni framtíð.
Lífshlaup a stjörnu & sprengistjarna
Á tímakvarða milljarða ára, stjörnur gangast undir lífshlaup, þau fæðast, eldast og deyja að lokum við sprengingu og í kjölfarið dreifingu stjörnuefna í millistjörnur pláss sem ryk eða ský.
Líf a stjörnu hefst í þoku (skýi af ryki, vetni, helíum og öðrum jónuðum lofttegundum) þegar þyngdarfall risastórs skýs gefur tilefni til frumstjörnu. Þetta heldur áfram að vaxa enn frekar með uppsöfnun gass og ryks þar til það nær lokamassa sínum. Lokamessa á stjörnu ákvarðar líftíma hennar sem og hvað verður um stjörnuna á líftíma hennar.
Allt stjörnur fá orku sína úr kjarnasamruna. Kjarnorkueldsneytið sem brennur í kjarnanum skapar sterkan þrýsting út á við vegna hás kjarnahita. Þetta jafnar út þyngdarkraftinn inn á við. Jafnvægið raskast þegar eldsneytið í kjarnanum klárast. Hiti lækkar, ytri þrýstingur minnkar. Fyrir vikið verður þyngdarkraftur þrýstikraftsins ríkjandi og neyðir kjarnann til að dragast saman og hrynja. Hvað stjarna endar að lokum sem eftir hrun fer eftir massa stjörnunnar. Þegar um er að ræða risastórar stjörnur, þegar kjarninn hrynur á skömmum tíma myndar hann gífurlegar höggbylgjur. Hin öfluga, lýsandi sprenging er kölluð sprengistjarna.
Þessi skammvinn stjarnfræðilegi atburður á sér stað á síðasta þróunarstigi stjörnu og skilur eftir sig sprengistjörnuleifar. Það fer eftir massa stjörnunnar, leifarnar gætu verið nifteindastjarna eða a svarthol.
SN 1987A, síðasta sprengistjarnan
Síðasti sprengistjörnuatburður var SN 1987A sem sást á suðurhimni fyrir 35 árum síðan í febrúar 1987. Þetta var fyrsti slíkur sprengistjörnuatburður sem sést með berum augum síðan Kepler árið 1604. Staðsett í Stóra Magellansskýinu (gervihnöttur) Galaxy af Vetrarbrautinni), var hún ein bjartasta sprengistjarna sem sést hefur í meira en 400 ár sem logaði af krafti 100 milljóna sóla í nokkra mánuði og gaf einstakt tækifæri til að rannsaka fasa fyrir, á meðan og eftir dauða stjarna.
Rannsókn á sprengistjörnu er mikilvæg
Rannsókn á sprengistjörnu er gagnleg á nokkra vegu eins og að mæla fjarlægðir í pláss, skilning á að stækka alheimurinn og eðli stjarna sem verksmiðjur allra frumefna sem gera allt (þar á meðal okkur) sem finnast í alheimurinn. Þyngri frumefnin sem myndast vegna kjarnasamruna (léttari frumefna) í kjarna stjarna sem og nýstofnuðu frumefnin við kjarnahrun dreifist um allt pláss við sprengistjörnusprengingu. Sprengistjörnurnar gegna lykilhlutverki við að dreifa frumefnum um allt alheimurinn.
Því miður hefur ekki verið mikið tækifæri til að fylgjast náið með sprengistjörnusprengingum og rannsaka hana. Nákvæm athugun og rannsókn á sprengistjörnusprengingu innan heimilis okkar Galaxy Vetrarbrautin væri merkileg vegna þess að rannsóknin við þær aðstæður gæti aldrei farið fram í rannsóknarstofum á jörðinni. Þess vegna er nauðsynlegt að greina sprengistjörnuna um leið og hún byrjar. En hvernig á maður að vita hvenær sprengistjörnusprenging er að hefjast? Er eitthvað viðvörunarkerfi til að hindra sprengistjörnusprengingu?
Neutrino, leiðarljós sprengistjörnusprenginga
Í lok lífsferilsins, þegar léttari frumefni verða uppiskroppa með stjörnu sem eldsneyti fyrir kjarnasamrunann sem knýr hana, ræður þyngdarkrafturinn inn á við og ytri lög stjarna fara að falla inn á við. Kjarninn byrjar að hrynja og á nokkrum millisekúndum þjappast kjarninn svo saman að rafeindir og róteindir sameinast og mynda nifteindir og nifteind losnar fyrir hverja nifteind sem myndast.
Nifteindirnar sem þannig myndast eru frumnifteindastjarna inni í kjarna stjörnunnar þar sem restin af stjörnunni fellur niður undir miklu þyngdarsviði og hoppar til baka. Höggbylgjan sem myndast sundrar stjörnunni og skilur eftir eina kjarnaleif (nifteindastjarna eða svarthol fer eftir massa stjörnunnar) fyrir aftan og restina af massa stjörnunnar dreifast í millistjörnur pláss.
Gífurlegur sprenging af hlutleysingjar framleitt sem afleiðing af þyngdarafl kjarna-hruni flótta í ytra pláss óhindrað vegna þess að það er ekki gagnvirkt við efni. Um 99% af þyngdarbindiorkunni sleppur út sem nifteindir (á undan ljóseindum sem eru föst á vettvangi) og virkar sem leiðarljós fyrir að hindra sprengistjörnusprengingu. Þessar nifteindir geta verið teknar á jörðinni með nifteindarathugunarstöðvum sem aftur virka sem snemmbúin viðvörun um hugsanlega sjónræna athugun á sprengistjörnusprengingu fljótlega.
Nifteindirnar sem sleppa út veita einnig einstakan glugga inn í öfgafullar atburðir inni í sprengistjörnu sem gæti haft áhrif á skilning á grundvallarkraftum og frumeindum.
Supernova snemma viðvörunarkerfi (SNEW)
Þegar sprengistjarna (SN1987A) sást síðast, sást fyrirbærið með berum augum. Nifteindirnar fundust með tveimur Cherenkov vatnsskynjarum, Kamiokande-II og Irvine-MichiganBrookhaven (IMB) tilrauninni sem hafði tekið eftir 19 víxlverkunaratburðum nifteinda. Hins vegar gæti greining á nifteindum virkað sem leiðarljós eða viðvörun til að hindra sjónræna athugun á sprengistjörnunni. Þess vegna gátu ýmsar stjörnustöðvar og stjörnufræðingar ekki brugðist við á réttum tíma til að rannsaka og afla gagna.
Frá árinu 1987 hefur stjörnufræði nifteinda hafa þróast mikið. Nú er sprengistjörnuviðvörunarkerfið SNWatch á sínum stað sem er forritað til að gefa sérfræðingum og viðeigandi stofnunum viðvörun um hugsanlega sprengistjörnu. Og það er net nifteindar stjörnustöðva um allan heim, kallað Supernova Early Warning System (SNEWS) sem sameinar merki til að auka öryggi í uppgötvun. Sérhver venjuleg virkni er tilkynnt til miðlægs SNEWS miðlara með einstökum skynjara. Ennfremur hafði SNEWS gengist undir uppfærslu í SNEWS 2.0 nýlega sem gefur einnig viðvaranir með minna sjálfstraust.
Yfirvofandi sprengistjarna í vetrarbrautinni
Neutrino stjörnustöðvar sem dreifast um heiminn miða að fyrstu greiningu á nitrinoum sem stafa af hruni þyngdarkjarna stjarna á heimili okkar Galaxy. Árangur þeirra er því mjög háður hraða sprengistjörnukjarna í Vetrarbrautinni.
Í nýútgefnum blöðum hafa vísindamenn áætlað hrun sprengistjörnukjarna í Vetrarbrautinni vera 1.63 ± 0.46 atburði á 100 árum; um það bil eina til tvær sprengistjörnur á öld. Ennfremur benda áætlanir til þess að tímabilið á milli kjarnahruns sprengistjarna í Vetrarbrautinni gæti verið á bilinu 47 til 85 ár.
Þess vegna, miðað við síðasta sprengistjörnuatburð, SN 1987A varð vart fyrir 35 árum síðan, má búast við næsta sprengistjörnuatburði í Vetrarbrautinni hvenær sem er í náinni framtíð. Þar sem nifteindastjörnustöðvarnar eru tengdar á neti til að greina snemma sprunga og uppfærða Supernova Early Warning System (SNEW) á sínum stað, munu vísindamennirnir vera í aðstöðu til að skoða næstu öfgaatburði í tengslum við sprengistjörnusprengingu deyjandi stjörnu. Þetta væri mikilvægur atburður og einstakt tækifæri til að rannsaka fasa fyrir, á meðan og eftir dauða stjarna til að fá betri skilning á alheimurinn.
***
Heimildir:
- Flugeldarnir galaxy, NGC 6946: Hvað gerir þetta galaxy svo sérstakt? Vísindaleg Evrópu. Sent 11. janúar 2021. Fæst á http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/
- Scholberg K. 2012. Uppgötvun nifteinda í sprengistjörnu. Forprentun axRiv. Fæst kl https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf
- Kharusi S Al, et al 2021. NEWS 2.0: næsta kynslóð sprengistjörnuviðvörunarkerfis fyrir fjölboða stjörnufræði. New Journal of Physics, 23. bindi, mars 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33
- Rozwadowskaab K., Vissaniab F. og Cappellaroc E., 2021. Um hraða kjarnahruns sprengistjörnur í mjólkurleiðinni. New Astronomy Volume 83, febrúar 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Forprentun axRiv fáanleg á https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf
- Murphey, CT, et al 2021. Vitnisburður um sögu: útbreiðsla himins, greinanleg og tíðni sprengistjörnur Vetrarbrautarinnar með berum augum. Mánaðarlegar tilkynningar Royal Astronomical Society, 507. bindi, 1. tölublað, október 2021, síður 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Preprint axRiv Fæst á https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf
***
