Supernova 1987A
Douăzeci și patru de neutrini
Pe 23 februarie 1987, la câteva minute după ora 07:35 dimineața (GMT), trei detectori din Japonia, Statele Unite și Rusia au înregistrat o rafală de neutrini. A durat 13 secunde. Cam trei ore mai târziu, lumina unei stele care explodase într-o galaxie vecină a ajuns pe Pământ.
Steaua
Steaua se numea Sanduleak −69° 202, o supergigantă albastră din Norul Mare al lui Magellan, o galaxie mică ce se rotește în jurul galaxiei noastre. La naștere avea cam de 20 de ori masa Soarelui.
O stea atât de grea își arde combustibilul în etape, fiecare mai rapidă decât cea dinainte. Într-un model pe calculator al unei stele ceva mai ușoare, de 15 ori masa Soarelui, arderea hidrogenului durează 11 milioane de ani. Siliciul, ultimul combustibil, ține 18 zile.
Cât ține fiecare combustibil într-o stea model de 15 mase solare (scară logaritmică)
Prăbușirea
Siliciul arde și devine fier, iar fierul nu mai poate fi ars ca să dea energie. Când miezul de fier devine prea greu ca să se mai susțină, se prăbușește într-o fracțiune de secundă într-o bilă de neutroni cam cât un oraș.
Aproape toată energia prăbușirii, circa 3 × 1046 jouli după estimarea obișnuită, pleacă sub formă de neutrini: în jur de 1058. Neutrinii aproape că nu interacționează cu nimic, așa că zboară drept afară prin restul stelei. Lumina rămâne prinsă înăuntru ore întregi, până când unda de șoc străpunge suprafața.
160.000 de ani
Norul Mare al lui Magellan e la circa 161.700 de ani-lumină, după cea mai precisă măsurătoare (2019). Neutrinii merg aproape cu viteza luminii. Au străbătut spațiul dintre galaxii vreo 160.000 de ani.
Până să ajungă pe Pământ se împrăștiaseră pe o sferă atât de mare încât prin fiecare centimetru pătrat al fiecărui om de pe Pământ au trecut în ziua aceea cam 30 de miliarde, dacă estimarea obișnuită de 1058 e corectă. Aproape toți au trecut și prin planetă, fără să se oprească.
Treisprezece secunde
Trei detectori se întâmplau să fie porniți: Kamiokande-II, un rezervor cu 3.000 de tone de apă într-o mină de zinc din Japonia; IMB, 8.000 de tone de apă într-o mină de sare sub lacul Erie; și Baksan, un scintilator sub un munte din Caucaz. Fiecare punct de mai jos e un eveniment înregistrat, așezat în timp așa cum l-a înregistrat detectorul și mare cât energia lui.
Apasă pe pornire. Reluarea merge în timp real.
Cele trei ceasuri nu erau la fel de bune. Al lui IMB era exact până la 50 de miimi de secundă; al lui Kamiokande-II, doar până la circa un minut, iar al lui Baksan sărise 54 de secunde între două verificări. De aceea ceasul fiecărui detector pornește aici de la primul lui eveniment. Orele absolute, 07:35:35, 07:35:41 și 07:36:12 UT, nu pot arăta cine a prins primul rafala. Un eveniment de la Kamiokande-II (6,3 MeV, desenat palid) e socotit adesea zgomot de fond, de aceea totalul se dă ca 24 sau 25.
Toate evenimentele, în tabel
| Detector | Secunde de la primul lui eveniment | Energie (MeV) |
|---|---|---|
| Kamiokande-II | 0,000 | 20,0 |
| Kamiokande-II | 0,107 | 13,5 |
| Kamiokande-II | 0,303 | 7,5 |
| Kamiokande-II | 0,324 | 9,2 |
| Kamiokande-II | 0,507 | 12,8 |
| Kamiokande-II * | 0,686 | 6,3 |
| Kamiokande-II | 1,541 | 35,4 |
| Kamiokande-II | 1,728 | 21,0 |
| Kamiokande-II | 1,915 | 19,8 |
| Kamiokande-II | 9,219 | 8,6 |
| Kamiokande-II | 10,433 | 13,0 |
| Kamiokande-II | 12,439 | 8,9 |
| IMB | 0,000 | 38,0 |
| IMB | 0,412 | 37,0 |
| IMB | 0,650 | 28,0 |
| IMB | 1,141 | 39,0 |
| IMB | 1,562 | 36,0 |
| IMB | 2,684 | 36,0 |
| IMB | 5,010 | 19,0 |
| IMB | 5,582 | 22,0 |
| Baksan | 0,000 | 12,0 |
| Baksan | 0,435 | 18,0 |
| Baksan | 1,710 | 23,3 |
| Baksan | 7,687 | 17,0 |
| Baksan | 9,099 | 20,1 |
Trei ore mai târziu
- 07:35 UTAjung neutrinii. Nimeni nu știe: înregistrările detectorilor sunt cercetate abia după ce se află de supernovă.
- în jur de 09:30 UTÎn Noua Zeelandă, astronomul amator Albert Jones se uită la acea parte a cerului și nu vede nimic neobișnuit.
- 10:39 UTPlăcile fotografice ale lui Robert McNaught din Australia arată steaua deja în creștere de strălucire, deși nu sunt cercetate decât după descoperire.
- 24 februarieIan Shelton observă steaua nouă pe o placă la Las Campanas, în Chile; Óscar Duhalde o văzuse cu ochiul liber acolo în aceeași noapte. E cea mai strălucitoare supernovă văzută de pe Pământ din 1604.
S-au mai înregistrat cinci evenimente la detectorul de la Mont Blanc, cu 4,7 ore mai devreme. Nu au corespondent la ceilalți detectori, iar cei mai mulți fizicieni nu le socotesc parte din rafală.
Ce a rămas
Telescopul spațial James Webb a fotografiat rămășițele în 2023: inelul e gaz pe care steaua l-a pierdut cu mii de ani înainte să moară, aprins când l-a lovit explozia. În centru, în 2024, astronomii au raportat o lumină care indică o stea neutronică lăsată de prăbușire, deși steaua însăși nu a fost văzută.
Surse
Fiecare eveniment de pe pagină vine din acestea. Pozițiile punctelor în interiorul detectorilor sunt ilustrative: detectorii au înregistrat unde a fost fiecare eveniment, dar reluarea le desenează în locuri la întâmplare.
- D. F. G. Fiorillo și colab., Supernova simulations confront SN 1987A neutrinos, Physical Review D 108, 083040 (2023), tabelele II–IV: momentul și energia fiecărui eveniment, ora primului eveniment la fiecare detector și incertitudinile ceasurilor; plăcile lui McNaught la 10:39 UT.
- K. Hirata și colab. (Kamiokande-II), Observation of a neutrino burst from the supernova SN1987A, Physical Review Letters 58, 1490 (1987): 12 evenimente; circa 1058 neutrini și 3 × 1046 jouli așteptați.
- R. M. Bionta și colab. (IMB), Observation of a neutrino burst in coincidence with supernova 1987A, Physical Review Letters 58, 1494 (1987).
- G. Raffelt, sinteză despre semnalul de neutrini al SN 1987A: cele cinci evenimente de la Mont Blanc, cu 4,7 ore mai devreme, nu au avut corespondent la ceilalți detectori.
- O. R. Pols, Stellar structure and evolution, tabelul 12.1, după S. E. Woosley, A. Heger și T. A. Weaver, Reviews of Modern Physics 74, 1015 (2002): etapele de ardere ale unui model de 15 mase solare.
- Lucrările conferinței ESO, SN 1987A and other supernovae: Sanduleak −69° 202, o supergigantă albastră de 20 ± 4 mase solare la naștere.
- G. Pietrzyński și colab., A distance to the Large Magellanic Cloud that is precise to one per cent, Nature 567, 200 (2019): 49,59 kpc (circa 161.700 de ani-lumină). N. Panagia: 51,4 kpc din geometria inelului din jurul supernovei.
- University of Oregon, SN 1987A timeline: Albert Jones s-a uitat la regiune pe 23 februarie, în jurul orei 09:30 UT, și n-a văzut nimic neobișnuit.
- C. Fransson și colab., Emission lines due to ionizing radiation from a compact object in the remnant of Supernova 1987A, Science 383, 898 (2024).
- Imagini: SN 1987A în Norul Mare al lui Magellan, Hubble Heritage Team (AURA/STScI/NASA/ESA), domeniu public. Supernova 1987A, telescopul spațial James Webb, NIRCam, NASA, ESA, CSA, M. Matsuura, R. Arendt, C. Fransson, J. Larsson; prelucrare A. Pagan (STScI), domeniu public.