超新星可能在任何时候闪耀整个银河系,天文学家将拭目以待( 二 )


超新星的探测
根据最新的估计 , 平均每个世纪都会有一到两颗银河系中的恒星经历核心坍缩的过程 , 然而纵观整个人类历史 , 只有五颗超新星被肉眼的观察记录下来 。 造成这种差异的原因有很多 。 一方面 , 如果坍缩过程落下的物质足够多 , 那么这颗恒星就会形成一个黑洞 , 而不会产生太多的光;另一方面 , 虽然超新星的爆炸确实发生了 , 但发出的光线被银河系内厚厚的星际尘埃所掩盖 , 我们无法看见 。
幸运的是 , 让中微子逃离恒星核心的物理原理 , 同样也能让它们畅通无阻地穿过布满星尘的银河中心 。 这意味着 , 无论如何地球上的中微子探测器都会捕捉到大量的中微子 , 也会记录下其他任何方式都无法探测到的超新星 。

大型射电望远镜
1987年当SN 1987A超新星出现时 , 神冈2号是世界上最大的中微子探测器之一 , 它使用3000吨水吸收了11个中微子 , 而在美国俄亥俄州和俄罗斯的探测器也捕捉到了一些 。 如果类似的事件在今天发生 , 1996年建成拥有5万吨水的超级神冈中微子探测器将至少发现300个粒子 。
从2018年开始 , 一个名为“超级K”的天文台进行了重大升级 , 大大提高了它研究超新星的能力 , 超级K目前是世界上确定超新星所在位置最好的探测器 。 中田正幸说 , “如果发生了代表超新星的中微子风暴 , 这个天文台将在5分钟内自动向天文学家发送警报 , 包括该超新星在天空中的坐标 。 他补充说 , 未来的软件改进应该能将这一时间缩短到1分钟 。 ”这与SN 1987A发现后信息的传播方式有了重大进步 , 当时在智利的拉斯坎帕纳斯山顶上 , 谢尔顿工作的地方甚至连一根电话线都没有 。 为了提醒其他研究人员注意刚刚出现的科学宝藏 , 天文台的工作人员必须开两个小时的车程到最近的城镇发送电报 。
中微子预警系统
中微子预警系统并不新鲜 , 它已经存在了近20年 。 目前超新星早期预警系统(简称为SNEWS)是一个由超级K天文台和其他几个中微子观测站组成的网络 。 它包括“冰立方”和KM3NeT , “冰立方”是一个光探测器的阵列 , 嵌入在南极洲一立方公里的冰层中 , KM3NeT也是一个类似的阵列 , 不过被埋入了地中海 。 美国和中国目前正在建设的大型中微子设施预计将在未来几年内也会加入其中 , 日本也同时正在建造超级神冈探测器 。 超级神冈探测器的发言人洛多维科说:“如果一颗超新星在银河系中心爆炸 , 我们预计会产生54000到90000个中微子 。 ”
SNEWS的主要思想是将信号组合起来 , 以提高检测的可信度 , 即使单个信号看起来不那么准确 。 只有当SNEWS在两个不同地理区域的中微子探测器在10秒内同时探测到中微子时 , 才会向天文学家发出警报 。 哈比格说:“如果两个探测器同时看到了什么 , 又不在同一个实验室 , 那么在日本和意大利就很难发生随机事件 。 ”

一个团队在日本飞田附近的超级神冈探测器内使用船只工作
自2005年SNEWS上线以来 , 它目前不还没有机会发出任何警报 。 哈佛大学的天文学家罗伯特·科什纳说:“你不得不佩服这种韧劲和耐力 。 天文学家他们知道自己是对的——但目前没有得到更多的回报 。 ”
超新星的观测
当谢尔顿发现SN 1987A超新星时 , 布歇正好在正确的时间出现在正确的地点 。 他曾在欧洲南方天文台工作 , 在那里他使用了一种特殊的设备 , 可以在白天对恒星进行红外线测量 。 这意味着即使天空中的日光淹没了恒星发出的可见光 , 布歇也可以继续测量超新星的亮度 。 但布歇当时使用的望远镜已经退役 , 而现代天文台也没有合适的设备来进行日间红外线测量 。 布歇补充道 , 更糟糕的是 , 大多数大型天文台已经关闭了它们较小的可见光望远镜 , 而将注意力集中在最大、最灵敏的仪器上 , 这些仪器对于观测超新星来说可能毫无用处

天文台
为了观察格外明亮的物体 , 天文学家可能会使用一些技巧 , 比如短时间曝光或者涂黑望远镜的部分镜面 , 这样它反射的光线就会更少 。 但这对于测量超新星的亮度及其随时间的变化 , 目前将很难精确地做到 。 因为天文学家通常通过校准来测量一颗恒星的亮度 , 将其与同一视场内另一个已知恒星的亮度进行比较 。 但是 , 超新星是如此明亮以至于在同一幅照片中看不到其他恒星时 , 校准是困难的 。
超新星的影响
1987年的超新星在一夜之间改变了许多人的生活 , 谢尔顿决定攻读天文学博士学位 。 布歇在第二年的大部分时间里都待在智利的山顶上 , 从那时起就一直在研究这颗超新星和它的残骸 。 科什纳也参与了对SN 1987A中子星残骸的研究 , 他可能很快就会利用美国宇航局最近发射的詹姆斯·韦伯太空望远镜的帮助 。 中田正幸当时的导师 , 因为神冈二号的研究成果分享了2002年的诺贝尔物理学奖 。

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