Μια έκρηξη σουπερνόβα μπορεί ανά πάσα στιγμή να λάμψει στον Γαλαξία μας!

των Ε. Κουτσουμπού, Μ. Κουράκου, Κ. Δασύρα (για τον Τομέα Αστροφυσικής, Αστρονομίας, και Μηχανικής του Τμήματος Φυσικής) με αφορμή άρθρο με τίτλο “A supernova could light up the Milky Way at any time. Astronomers will be watching“.

Το πρωί της 24ης Φεβρουαρίου 1987, αστρονόμοι στο αστεροσκοπείο Las Campanas της Χιλής, εντόπισαν μια απροσδόκητη λαμπρή κουκίδα φωτός. Ήταν το φώς από την έκρηξη σουπερνόβα που ονομάστηκε SN1987A και ήταν η λαμπρότερη που έχουμε δει από τότε που ο Γερμανός αστρονόμος Johannes Kepler κατέγραψε το 1604 ένα αντίστοιχο γεγονός.

Για πρώτη φορά, επιστήμονες από όλον τον κόσμο είχαν την ευκαιρία να μελετήσουν αυτό το γεγονός με σύγχρονα μέσα, να ελέγξουν θεωρητικά μοντέλα και να ερευνήσουν την έκρηξη αυτή από το πρώτο σχεδόν λεπτό. Οι εκρήξεις σουπερνόβα είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα χημικά στοιχεία, που δημιουργήθηκαν μέσα στα αστέρια από την πυρηνική σύντηξη, διασκορπίζονται στους γαλαξίες. Από αυτές τις αστρικές εκρήξεις συντίθενται στοιχεία που διαφορετικά δεν θα υπήρχαν και ο έλεγχος θεωρητικών προβλέψεων μπορεί να οδηγήσει σε σημαντικές ανακαλύψεις σχετικά με τη φυσική σωματιδίων. Είναι σημαντικό, λοιπόν, όταν ξανασυμβεί ένα τέτοιο γεγονός, να μπορεί να εντοπιστεί όσο το δυνατόν νωρίτερα και αξιόπιστα.

Σουπερνόβα στον ουρανό

Οι εκρήξεις σουπερνόβα λάμπουν για μια περίοδο εβδομάδων ή μηνών και σε ορισμένες σπάνιες περιπτώσεις εκπέμπουν περισσότερο φως από έναν ολόκληρο γαλαξία. Εκρήξεις σουπερνόβα όπως η SN1987A συμβαίνουν στο τέλος της ζωής ενός πολύ μεγάλου αστεριού. Όταν το αστέρι εξαντλεί τα καύσιμα για την πυρηνική σύντηξη που το τροφοδοτούσε, αφήνει πίσω του έναν αδρανή πυρήνα. Σε χρόνο χιλιοστών του δευτερολέπτου, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης στον πυρήνα συμπιέζεται τόσο πολύ λόγω βαρύτητας ωστε τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια συνδυάζονται για να σχηματίσουν νετρόνια. Τα νετρόνια συσσωρεύονται σε μια πολύ πυκνή μπάλα στον πυρήνα.

Ο σχηματισμός κάθε νετρονίου απελευθερώνει ένα νετρίνο και έτσι η κατάρρευση του πυρήνα προκαλεί μια σύντομη αρχική έκρηξη νετρίνων. Στη συνέχεια, μάζα από το υπόλοιπο αστέρι πέφτει επιταχυνόμενη προς το κέντρο, χτυπά στον πυρήνα των νετρονίων και αναπηδά δημιουργώντας ένα ωστικό κύμα που διαδίδεται προς τα έξω. Το ωστικό κύμα είναι τόσο βίαιο που συμπαρασύρει το υπόλοιπο υλικό του αστεριού, αφήνοντας μόνο έναν αστέρα νετρονίων ως υπόλειμμα.

Κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης, η ενέργεια που απελευθερώνεται από την ύλη που πέφτει συνθλίβει στοιχειώδη σωματίδια όπως συμβαίνει σε έναν επιταχυντή υψηλής ενέργειας, και έτσι προκύπτουν νέα σωματίδια κάθε είδους. Τα περισσότερα από αυτά τα σωματίδια παραμένουν εγκλωβισμένα, με εξαίρεση τα νετρίνο που μπορούν να διαφύγουν χωρίς να χτυπήσουν τίποτα άλλο λόγω της μικρής τους μάζας. Τα νετρίνο αποτελούν τον κυρίαρχο τρόπο εξάπλωσης της ενέργειας, αφού περισσότερο από το 99% της ενέργειας από ένα τέτοιο γεγονός διαφεύγει όχι ως φως, αλλά ως νετρίνο.

Ανιχνεύοντας νετρίνο

Τα νετρίνο δεν αλληλεπιδρούν ευκολα με την ύλη (σε αντίθεση με το φως που απορροφάται κι επανεκπέμπεται ή σκεδάζεται), συνεπώς ξεφεύγουν από τον πυρήνα ενός αστεριού πολύ πιο γρήγορα απ’ ότι το φως και διασχίζουν ανεμπόδιστα το Γαλαξιακό Κέντρο. Αυτό σημαίνει ότι οι ανιχνευτές νετρίνο στη Γη θα τα εντοπίσουν και θα καταγράψουν αστέρια που καταρρέουν πολύ νωρίτερα από οποιοδήποτε άλλο ανιχνευτή.

Εδώ και σχεδόν δύο δεκαετίες υπάρχει το Supernova Early Warning System (SNEWS), ένα  δίκτυο παρατηρητηρίων που περιλαμβάνει, μεταξύ άλλων, το Super-K, το IceCube (μια σειρά αισθητήρων φωτός ενσωματωμένους σε ένα κυβικό χιλιόμετρο του πάγου της Ανταρκτικής) και το KM3NeT (μια παρόμοια διάταξη βυθισμένη στη Μεσόγειο Θάλασσα), ενώ αναμένεται κι άλλες μεγάλες εγκαταστάσεις ανίχνευσης νετρίνο στις Ηνωμένες Πολιτείες και την Κίνα να ενταχθούν τα επόμενα χρόνια. Ο κύριος σκοπός του SNEWS είναι να συνδυάζει σήματα για να βελτιώσει την αξιοπιστία των ανιχνεύσεων. Κάθε ανιχνευτής έχει λογισμικό που ειδοποιεί έναν κεντρικό διακομιστή SNEWS για οποιαδήποτε ασυνήθιστη δραστηριότητα. Το SNEWS στέλνει ειδοποίηση στους αστρονόμους μόνο εάν οι ανιχνευτές νετρίνο σε δύο ξεχωριστές γεωγραφικές περιοχές δουν μια απότομη δραστηριότητα εντός 10 δευτερολέπτων ο ένας από τον άλλο έτσι ώστε να αποφευχθεί κάποιο τυχαίο γεγονός.

Όλα τα τηλεσκόπια

Μία από τις σημαντικότερες μετρήσεις είναι η μέτρηση της λαμπρότητας μίας έκρηξης σουπερνόβα και πώς αυτή εξελίσσεται με τον χρόνο. Αυτό μπορεί να καταστεί δύσκολο όταν πρόκειται για φωτεινό αντικείμενο, ειδικά όταν τα περισσότερα μεγάλα παρατηρητήρια είναι εξοπλισμένα με τηλεσκόπια μεγάλης ευαισθησίας. Οι ερασιτέχνες αστρονόμοι, οι οποίοι έχουν μικρότερα και φορητά οπτικά τηλεσκόπια, θα μπορούσαν να συνεισφέρουν σε ένα τέτοιο γεγονός. Υπέρυθρη όμως ακτινοβολία, από θέρμανση της σκόνης γύρω από το σουπερνόβα θα μπορεί να ανιχνευτεί με το νέο διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb που εκτοξεύτηκε πρόσφατα.

Κάθε νέα χρονιά μεγάλο μέρος της επιστημονικής κοινότητας αναμένει την ανίχνευση νετρίνο από μιά έκρηξη υπερκαινοφανούς και η επόμενη που θα συμβεί πρόκειται να αλλάξει τις ζωές πολλών νέων ανθρώπων και ίσως να οδηγήσει πολλούς από αυτούς στο χώρο της Αστρονομίας και Αστροφυσικής.