Следующая Сверхновая В Нашей Галактике

Разнообразие природных явлений так велико, а сокровища, спрятанные на небесах, так богаты, что благодаря их количеству человеческий разум никогда не будет нуждаться в питании.
— Иоганн Кеплер Так сказал человек, открывший в 1604 году самую последнюю на тот момент сверхновую, находившуюся в нашей Галактике и наблюдавшуюся в видимом спектре.
И хотя, скорее всего, после него было еще два взрыва, но они не были видны невооруженным глазом, а их останки были обнаружены с помощью мощных телескопов.
В январе 2012 года в галактике NGC 3239, находящейся на расстоянии 25 миллионов световых лет от нас, была обнаружена первая сверхновая того года.
Сверхновая, изображенная ниже, получила название SN 2012a.

С типичной периодичностью примерно одна сверхновая на галактику каждые сто лет заставляет задуматься, что бы мы увидели – и как быстро – если бы в нашей Галактике образовалась сверхновая.
Напомним, что сверхновая может образоваться одним из двух способов, но оба они включают в себя вышедшую из-под контроля реакцию ядерного синтеза, которая высвобождает огромное количество света и энергии.
Удивительно, но большая часть энергии выделяется не в виде света! Давайте заглянем внутрь звезды, которая через несколько секунд должна стать сверхновой.

Помимо сотрясений и высоких температур, внутренние реакции производят нейтрино, большая часть которых не взаимодействует с внешними слоями звезды! С ними взаимодействуют лишь некоторые нейтрино, а также все протоны, нейтроны и электроны, появление которых происходит не мгновенно.
И хотя взрывной волне требуется пара часов, чтобы добраться до внешних слоев звезды, нейтрино совершают это путешествие практически мгновенно! Это значит, что когда звезда становится сверхновой, поток нейтрино возникает раньше потока света! Мы обнаружили это посредством наблюдений в 1987 году.

Когда Сверхновая 1987а взорвалась всего в 168 000 световых годах от нас, она была достаточно близко — и у нас было достаточно детекторов нейтрино — чтобы обнаружить 23 (анти)нейтрино за период 13 секунд. Самый большой детектор Камиоканде II, содержащий 3000 тонн воды, обнаружил 11 антинейтрино.
Сегодня детектор Супер Камиоканде-III на своем месте содержит 50 000 тонн воды и 11 000 фотоумножителей.
(В мире существует множество других отличных детекторов нейтрино, но в качестве примера я остановлюсь на этом).

Его конструкция удивительна, поскольку оно может не только обнаруживать нейтрино, но и определять направление, энергию и точку взаимодействия даже одного нейтрино, которому посчастливилось взаимодействовать с любой из частиц в 50 000 тонн воды!

В зависимости от того, где в нашей Галактике появится потенциальная сверхновая, Супер Камиоканде-III должна будет зарегистрировать от нескольких тысяч антинейтрино (в случае взрыва с противоположной стороны Галактики) до более десятков миллионов, и все это в 10-15 секунд! Детекторы нейтрино по всему миру увидят поток нейтрино одновременно и в одном направлении.
К этому моменту у нас останется 2-3 часа, чтобы определить направление к источнику этих нейтрино и развернуть телескопы, чтобы попытаться визуально наблюдать сверхновую - впервые в истории - с самого ее зарождения!

Ближайшая сверхновая с 1987 года была изображена выше, и мы смогли увидеть ее через полдня после взрыва.
Во многом благодаря удаче, в 2002 году мы подошли достаточно близко к мощной гиперновой.

И все же эту звезду SN 2002ap мы начали наблюдать лишь через 3-4 часа после первого взрыва.
Если сверхновая, которая вот-вот произойдет, относится к категории Ia, то есть является белым карликом, у нас нет возможности предсказать, где в галактике она произойдет. Белых карликов слишком много, местонахождение большинства из них неизвестно и считается, что они разбросаны по всей Галактике.
Если сверхновая возникает в очень массивной звезде с ядром, коллапсирующим под собственным весом (сверхновая типа II), у нас есть набор хороших кандидатов и отличные места для ее поиска.

Очевидным местом является центр Галактики, где взорвалась последняя известная сверхновая в Млечном Пути, а также расположение самых массивных звезд, существующих в нашей Галактике.
В ближайшие 100 000 лет определенно будет много сверхновых типа II, но у нас нет возможности узнать, когда мы увидим следующую.
Глядя на картинку выше, задумайтесь о том, что эти взрывы сверхновых, скорее всего, уже произошли, и мы только ждем момента, когда нейтрино (а за ними и свет) доберутся до нас! Но у нас есть кандидаты ближе к галактическому центру.

Давайте заглянем в глубины огромной туманности, в которой рождаются звезды, и найдем там самые горячие и самые молодые звезды из всех, которые можно найти во Вселенной.
Здесь живут сверхмассивные звезды — и, в частности, туманность Орла на фотографии выше может быть домом совсем недавней сверхновой.
Туманность Орла, туманность Ориона и многие другие регионы, заполненные молодыми звездами, представляют собой отличные места для рождения следующей сверхновой.
А как насчет отдельных звезд? Хотя хороших кандидатов много, в наших разговорах особенно часто упоминаются двое.

Киля, находящаяся на самой последней стадии своего существования, может буквально в любой момент стать сверхновой.
Или до этого момента могут пройти сотни, тысячи и десятки тысяч лет. Но если мы обнаружим поток антинейтрино, идущий примерно с его позиции в пространстве, то именно на него мы в первую очередь направим наши телескопы! В отличие от кандидатов, находящихся на расстоянии тысяч световых лет от нас, есть еще один, гораздо ближе.
Это ближайший кандидат на сверхновую!

Поздоровайтесь с Бетельгейзе, красной звездой-сверхгигантом, находящейся в 640 световых годах от нас.
Бетельгейзе настолько огромна, что ее диаметр сравним с орбитой Сатурна! Если Бетельгейзе станет сверхновой, наши детекторы нейтрино вокруг Земли обнаружат порядка сотен миллионов антинейтрино, что в сумме составит больше, чем все нейтрино любого типа, когда-либо обнаруженные в истории.
Но если не эти известные кандидаты станут сверхновыми, сможем ли мы сказать, была ли это сверхновая типа Ia или типа II?

Вы всегда можете подождать.
Разные типы сверхновых имеют очень разные кривые блеска, и то, как свет тускнеет после достижения максимальной яркости, расскажет нам, какой это был тип сверхновой.
Но в таком удивительном случае я не собираюсь испытывать свое терпение.
К счастью, мне это не понадобится, поскольку сверхновая в нашей галактике, скорее всего, станет первым зарегистрированным наблюдением нового типа астрономии: гравитационно-волновой астрономии!

На гравитационные волны ничто не влияет, и такие волны от взрыва сверхновой должны будут без помех пройти через звезды, газ, пыль или материю на своем пути и прийти одновременно с первой волной (анти)нейтрино! Положительным моментом является то, что, согласно нашим лучшим моделям общей теории относительности, сверхновые типа II (коллапс ядра) и типа Ia (белый карлик, падающий по спирали) должны производить совершенно разные гравитационные волны! Если бы это была сверхновая типа Ia, нам пришлось бы обнаружить в сигнале три отдельные области:

Фаза спирального падения будет вызывать периодическую пульсацию, частота и сила которой будут увеличиваться по мере того, как белые карлики достигнут финальной стадии разделения.
В момент зажигания в сигнале должен произойти всплеск, за которым последует фаза затухания.
Очень разные вещи.
Но если у нас есть сверхновая типа II, возникшая из сверхмассивной коллапсирующей звезды, мы увидим только две интересные вещи.

Огромная вспышка — сама сверхновая — произошла через одну десятую долю секунды после коллапса ядра, за которой последовал быстро затухающий (в течение 0,02 секунды) отклик.
И если нам нужно понять то, что мы видели, все, что нам нужно, это своего рода говорящий сигнал гравитационных волн.
Вот что бы мы увидели, если бы сегодня взорвалась следующая сверхновая в нашей Галактике!