Apakah ada perubahan yang dapat diamati pada bintang yang akan menjadi supernova, beberapa menit atau jam sebelum ledakan?

Saya sedang menulis novel fiksi ilmiah, di mana sebuah kapal terdampar di sistem bintang tunggal (supergiant merah). Salah satu poin plot adalah bintang menjadi supernova dalam beberapa jam, sehingga karakter harus memperbaiki kapal mereka sebelum itu terjadi.

Saya memiliki pengetahuan dasar tentang cara kerjanya: Besi yang dihasilkan dari fusi nuklir terakumulasi di dalam inti, hingga mencapai titik ketika fusi besi dimulai. Karena fusi besi adalah reaksi endotermik, inti tidak lagi mampu menghasilkan energi yang cukup untuk menahan gravitasi dan tekanan lapisan luarnya sendiri, sehingga ia runtuh, dan meledak.

Saya telah membaca bahwa begitu fusi besi mulai di dalam inti, keruntuhan terjadi dalam beberapa menit, bahwa keruntuhan itu sendiri berlangsung beberapa detik (bahkan kurang dari satu detik), dan bahwa gelombang kejut memerlukan beberapa jam untuk mencapai permukaan. Apakah semua itu benar?

Masalahnya adalah saya membutuhkan karakter untuk dapat memprediksi ledakan dalam jangka pendek. Beberapa jam atau bahkan beberapa menit. Akan lebih bagus jika mereka bisa menyadari kehancuran inti dan memulai hitungan mundur.

Jadi, apakah ada petunjuk eksternal dari peristiwa ini, seperti perubahan luminositas atau warna? Apakah spektrum bintang berubah ketika fusi besi mulai, atau ketika inti runtuh? Saya tahu bahwa keruntuhan inti menghasilkan sejumlah besar neutrino. Apakah jumlah ini begitu kuat sehingga mudah dideteksi? (Yaitu, tanpa detektor besar di fasilitas bawah tanah). Dapatkah jumlah zat besi dalam inti diperkirakan dari spektrum dan ukuran bintang, sehingga perkiraan waktu kehancuran dapat diprediksi?

Saya pikir taruhan terbaik Anda akan mendeteksi neutrino yang dihasilkan oleh pembakaran nuklir di dalam bintang (seperti yang kita lakukan untuk Matahari). Begitu bintang mencapai tahap pembakaran karbon, itu sebenarnya mengeluarkan lebih banyak energi dalam neutrino daripada di foton. Selama fase pembakaran silikon, yang berlangsung selama beberapa hari dan inilah yang menciptakan inti besi yang merosot (yang runtuh begitu cukup besar), fluks neutrino meningkat menjadi sekitar 10 ⁴⁷ erg / sa beberapa detik sebelum inti runtuh. (Fluks puncak selama keruntuhan inti adalah sekitar 10 ⁵² hingga 10 ⁵³ erg / s). Makalah ini oleh Asakura et al. memperkirakan bahwa detektor KamLAND Jepang dapat mendeteksi fluks pra-supernova neutrino untuk bintang pada jarak beberapa ratus parsec, dan memberikan peringatan dini tentang supernova inti-runtuh beberapa jam atau bahkan berhari-hari sebelumnya. Karena karakter Anda berada dalam sistem yang sama dengan bintang, mereka hampir tidak memerlukan detektor bawah tanah besar untuk mengambil neutrino.

Plot ini menunjukkan contoh luminositas neutrino (untuk neutrino anti-elektron) versus waktu untuk bintang pra-supernova (dari Asakura et al. 2016, berdasarkan Odrzywolek & Heger 2010 dan Nakazato et al. 2013); keruntuhan inti dimulai pada t = 0s.

Dengan mengukur spektrum energi untuk berbagai jenis neutrino dan evolusi waktu mereka, Anda mungkin bisa mendapatkan ide yang sangat bagus tentang seberapa jauh bintang itu, terutama karena kita mungkin dapat mengasumsikan karakter Anda memiliki model yang jauh lebih baik untuk evolusi bintang daripada saat ini. melakukan. (Mereka juga ingin mendapatkan pengukuran yang akurat dari massa bintang, laju rotasi, mungkin struktur internal melalui astroseismologi, dll., Untuk menyempurnakan model evolusi bintang; ini semua hal yang bisa mereka lakukan dengan mudah.)

Keruntuhan inti itu sendiri akan ditandai oleh peningkatan fluks neutrino yang sangat besar .

Artikel "Bagaimana Jika" oleh Randall Munroe ini memperkirakan bahwa fluks neutrino dari supernova inti-runtuh akan mematikan bagi manusia pada jarak sekitar 2 AU. Yang, seperti yang dia tunjukkan, sebenarnya bisa berada di dalam bintang supergiant, jadi karaktermu mungkin akan sedikit lebih jauh dari itu. Tapi itu menunjukkan bahwa fluks neutrino akan mudah dideteksi, dan bahwa karakter Anda mungkin mendapatkan keracunan radiasi dari itu jika mereka lebih dekat dari 10 AU. (Tentu saja, Anda ingin mendeteksinya lebih langsung daripada hanya menunggu sampai Anda mulai merasa sakit, karena itu mungkin membutuhkan waktu lebih lama daripada gelombang kejut yang diperlukan untuk mencapai permukaan bintang.) Ini hanya untuk membawa pulang fakta bahwa mereka tidak akan memiliki masalah dalam mendeteksi neutrino ....

Jawaban lain benar; nadi neutrino diperkirakan berasal dari supernova inti-runtuh dan harus terjadi beberapa jam sebelum gelombang kejut tiba di permukaan.

$\sim (G \rho)^{-1/2}$$\rho$$10M_{\odot}$

Kemungkinan lain yang tidak disebutkan sejauh ini adalah gelombang gravitasi. Dengan asumsi bahwa detektor gelombang gravitasi yang relatif portabel tersedia (!) Maka Anda juga akan mengharapkan pulsa gelombang gravitasi yang tajam pada skala waktu runtuh inti (satu detik atau kurang) yang juga akan menampilkan gelombang ledakan supernova beberapa jam kemudian.

Seperti kata Dean , nenek moyang supernova biasanya melepaskan neutrino sebelum keruntuhan inti penuh, pembentukan sisa dan pengusiran lapisan luar bintang. Proses - yang difokuskan di sini pada neutrino - berlangsung seperti berikut:

1. $\rho\sim10^9\text{ g/cm}^3$ $$e^-+p\to n+\nu_e$$ $$n\to p+e^-+\bar{\nu}_e$$
2. Penangkapan elektron mengurangi tekanan degenerasi elektron dalam inti, yang menyebabkan percepatan inti yang dipercepat. Tekanan degenerasi penting di inti banyak bintang, tetapi di bintang yang sangat masif - termasuk supergiant merah - itu tidak cukup untuk menghentikan keruntuhan.
3. $\sim10^{11}\text{ g/cm}^3$$\rho\sim4\times10^{11}\text{ g/cm}^3$
4. $\rho\sim2.5\times10^{14}\text{ g/cm}^3$
5. Neutrino masih terjebak dalam / oleh sisa-sisa bintang yang dirilis sekitar sepuluh detik kemudian. Produksi pasangan Neutrino juga menyebabkan pendinginan yang cepat. Beberapa neutrino ini mungkin berkontribusi pada kebangkitan gelombang kejut.

Neutrino dapat tiba berjam-jam - atau beberapa hari, dalam beberapa keadaan - sebelum cahaya dari supernova. Yang pertama adalah kasus untuk SN 1987A , supernova pertama dari mana neutrino terdeteksi.

Referensi

• Balasi et al. (2015)
• Mirizzi et al. (2015)
• Scholberg (2012)

Supernova superluminous (alias hypernova) dapat menunjukkan puncak ganda untuk kecerahannya dan beberapa berteori bahwa ini mungkin norma untuk supernova superluminous, meskipun sejauh yang saya tahu itu hanya benar-benar diamati dalam satu kasus sejauh ini (DES14X3taz).

Lagi pula, dalam (setidaknya) kasus ini ada peningkatan substansial awal dalam kecerahan. Kemudian kecerahan turun (beberapa magnitude) selama beberapa hari, kemudian meningkat kembali menjadi jauh lebih terang daripada "benjolan" awal.

Anda mungkin harus berhati-hati tentang jarak yang terlibat. Semburan cahaya awal sudah cukup besar sehingga kecuali jika orang-orang Anda cukup jauh, itu sudah cukup untuk membuat mereka garing.

Ada satu hal lain yang mungkin menarik untuk novel Anda. Setelah ledakan, apa yang mungkin Anda dapatkan adalah magnetar - yang, seperti yang Anda tebak dari namanya, adalah bintang dengan medan magnet yang sangat kuat - sangat kuat, pada kenyataannya, itu kemungkinan akan menyebabkan segala macam malapetaka dengan apa pun di sekitarnya yang tergantung pada apa pun yang melibatkan aktivitas listrik - tidak hanya elektronik, tetapi juga saraf orang.

Ada masalah yang jelas di sini: supergiant merah adalah tipe bintang yang tepat sebagai nenek moyang supernova "normal". Itu mungkin bukan tipe yang tepat sebagai nenek moyang untuk supernova superluminous. Leluhur seorang supernova biasanya sekitar enam atau delapan massa matahari. Supernova superluminous mungkin (hanya sedikit yang diketahui, jadi sulit untuk menggeneralisasi) sesuatu seperti beberapa ratus massa matahari. Mengingat jumlah energi yang dilepaskan, itu memiliki cukup besar pula.

Referensi: Smith, et al (2015)