Чи спостерігаються зміни, які зірка збирається стати надновою за хвилини чи години до вибуху?

Я пишу науково-фантастичний роман, де корабель перекинувся в єдину зіркову систему (червоний надгігант). Одним із сюжетних моментів є те, що зірка стає суперновою за кілька годин, тому персонажі повинні виправити свій корабель, перш ніж це станеться.

Я маю основні знання про те, як це працює: Заліза, отримане в результаті ядерного синтезу, накопичується в ядрі, поки не досягне моменту, коли починається плавлення заліза. Оскільки синтез заліза є ендотермічною реакцією, ядро ​​більше не здатне генерувати достатню кількість енергії, щоб утримувати власну гравітацію та тиск зовнішніх шарів, тому воно руйнується і вибухає.

Я читав, що, як тільки заліза заліза всередині серцевини розпочнеться, колапс відбувається за лічені хвилини, що сам колапс триває кілька секунд (навіть менше секунди), і що ударна хвиля потребує кількох годин, щоб досягти поверхні. Це все правильно?

Вся справа в тому, що мені потрібні персонажі, щоб бджола змогла передбачити вибух за короткий термін. Кілька годин і навіть хвилин. Було б чудово, якби вони могли усвідомлювати крах ядра та розпочати зворотний відлік.

Отже, чи є зовнішній вигляд цих подій, як-от зміни освітленості чи кольору? Чи змінюється зірковий спектр, коли починається плавлення заліза або коли серцевина руйнується? Я знаю, що розпад ядра генерує величезну кількість нейтрино. Ця сума настільки інтенсивна, що її легко виявити? (тобто без величезного детектора в підземному об’єкті). Чи можна оцінити кількість заліза в ядрі за спектром та розміром зірки, щоб можна було передбачити приблизний час розпаду?

Я думаю, що найкращим варіантом буде виявлення нейтрино, що утворюється ядерним спаленням всередині зірки (як це робимо для Сонця). Як тільки зірка потрапляє на стадію спалювання вуглецю, вона фактично виділяє більше енергії в нейтрино, ніж у фотонах. Під час фази горіння кремнію, яка триває кілька днів, і це те, що створює вироджене ядро ​​заліза (яке руйнується, коли воно досить масивне), потік нейтрино збільшується до приблизно 10 ⁴⁷ ерг / са за кілька секунд до руйнування серцевини. (Піковий потік при розпаді ядра становить приблизно 10 ⁵² до 10 ⁵³ ерг / с). Цей документ Asakura та ін. підрахував, що японський детектор KamLAND міг би виявити потік нейтрино перед сверхновой для зірок на відстані декількох сотень парсекта заздалегідь попередити наднову, що розвалюється, за кілька годин або навіть днів заздалегідь. Оскільки ваші персонажі перебувають у тій же системі , що і зірка, їм навряд чи знадобиться великий підземний детектор, щоб забрати нейтрино.

Цей сюжет демонструє приклад освітленості нейтрино (для антиелектронних нейтрино) порівняно з часом для зірки перед сверхновой (від Asakura et al. 2016, заснована на Odrzywolek & Heger 2010 та Nakazato et al. 2013); колапс ядра починається при t = 0s.

Виміряючи спектр енергій для різних типів нейтрино та еволюцію їхнього часу, ви, напевно, могли б отримати дуже гарне уявлення про те, наскільки далеко знаходиться зірка, особливо, оскільки ми можемо припустити, що у ваших персонажів є набагато кращі моделі еволюції зірок, ніж ми зараз робити. (Вони також хотіли б отримати точні вимірювання маси зірки, частоти обертання, можливо внутрішньої структури за допомогою астросейсмології тощо, щоб точно налаштувати модель еволюції зоряного періоду; це все, що вони могли б зробити досить легко.)

Сам розпад ядра сигналізував би про величезне збільшення потоку нейтрино.

Ця стаття "Що робити" Рандалла Манро вважає, що потік нейтрино з наднової руйнування ядра буде смертельним для людини на відстані близько 2 АС. Що, як він зазначає, насправді могло б опинитися всередині надгігантської зірки, тож, можливо, ваші персонажі будуть трохи далі від цього. Але це свідчить про те, що потік нейтрино було б легко виявити, і що ваші персонажі цілком могли отримати від нього радіаційне отруєння, якби вони були ближче 10 АС. (Звичайно, ви хочете виявити це безпосередньо, ніж просто чекати, поки ви не почнете хворіти, оскільки це може зайняти більше часу, ніж ударна хвиля потребує, щоб досягти поверхні зірки.) Це просто для того, щоб повернути додому факт, що у них не було б проблем із виявленням нейтрино ....

Інші відповіді правильні; імпульс нейтрино, безумовно, очікується в результаті наднової руйнування ядра і повинен відбутися за кілька годин до того, як ударна хвиля вийде на поверхню.

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

Ще одна можливість, про яку не було сказано поки що, - це гравітаційні хвилі. Якщо припустити, що відносно портативний детектор гравітаційного хвилі був доступний (!), То можна було б також очікувати різкого імпульсу гравітаційного хвилі на часовому шкалі обвалу ядра (секунди або менше), який також передбачатиме вибухову хвилю наднової через кілька годин.

Як сказав Дін , нашчадки наднових вивільняють нейтрино до повного розпаду ядра, утворення залишків і викидання зовнішніх шарів зірки. Процес - зосереджений тут на нейтрино - йде приблизно так:

1. $\rho\sim10^9\text{ g/cm}^3$ $$e^-+p\to n+\nu_e$$ $$n\to p+e^-+\bar{\nu}_e$$
2. Захоплення електронів знижує тиск виродження електронів у серцевині, що призводить до прискореного колапсу ядра. Тиск виродження важливий у ядрах багатьох зірок, але в надзвичайно масивних зірках - включаючи червоні надгіганти - просто недостатньо, щоб зупинити колапс.
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. Нейтрино, що все ще потрапило в / у зоряного залишку, вивільняється приблизно через десять секунд. Виробництво пари нейтрино теж призводить до швидкого охолодження. Деякі з цих нейтрино можуть сприяти відродженню ударної хвилі.

Нейтрино може прибути години - або можливі дні, за деяких обставин - до появи світла від наднової. Перший стосувався SN 1987A , першої наднової, з якої було виявлено нейтрино.

Список літератури

• Баласі та ін. (2015 р.)
• Mirizzi та ін. (2015 р.)
• Шолберг (2012)

Надзвичайно світла наднова (ака гіпернова) може проявляти подвійний пік до її яскравості, а деякі теоретизують, що це може бути нормою для надсвітової наднової, хоча, наскільки я знаю, це було фактично спостерігалося лише в одному випадку (DES14X3taz).

У будь-якому випадку в (принаймні) цьому випадку відбулося початкове істотне збільшення яскравості. Потім яскравість знизилася (на кілька величин) протягом декількох днів, потім підскочила назад до значно яскравішого, ніж початковий «удар».

Ймовірно, вам потрібно буде бути обережними щодо відстаней. Початковий вибух світла вже достатньо великий , що якщо ваші люди не досить шляху далеко, це буде вже досить , щоб смажити їх до хрусткої скоринки.

Є ще один момент, який може бути цікавим для вашого роману. Після вибуху ви, мабуть, отримаєте магніт - який, як ви здогадалися з назви, - це зірка з надзвичайно сильним магнітним полем - настільки сильний, що насправді може спричинити різного роду хаос і все, що знаходиться поблизу, що залежить від будь-якого, що стосується електричної активності, - не тільки електроніки, але й, мабуть, нервів людей.

Тут є очевидна проблема: червоний надгігант - це правильний тип зірки як родоначальник "нормальної" наднової. Це, мабуть, не правильний тип, як родоначальник надзвичайної наднової. Родоначальник наднової зазвичай є чимось на зразок шести-восьми сонячних мас. Надмірна наднова - це, мабуть, (відомо лише декілька, тому важко узагальнити) чимось на зразок пару сотень сонячних мас. З огляду на кількість енергії , що виділяється, він повинен бути досить великим в будь-якому випадку.

Довідка: Smith, et al (2015)