Есть ли наблюдаемые изменения в звезде, которая скоро станет сверхновой за несколько минут или часов до взрыва?

Я пишу научно-фантастический роман, в котором корабль находится в одной звездной системе (красный сверхгигант). Одним из пунктов сюжета является то, что звезда становится сверхновой через несколько часов, поэтому персонажам нужно исправить свой корабль, прежде чем это произойдет.

У меня есть базовые знания о том, как это работает: железо, генерируемое в результате ядерного синтеза, накапливается в ядре, пока не достигнет точки, когда начнется синтез железа. Поскольку плавление железа является эндотермической реакцией, ядро ​​больше не может генерировать достаточно энергии, чтобы удержаться под действием собственной гравитации и давления внешних слоев, поэтому оно разрушается и взрывается.

Я читал, что как только плавление железа начинается внутри ядра, коллапс происходит в течение нескольких минут, что сам коллапс длится несколько секунд (даже менее секунды), и что ударная волна достигает поверхности несколько часов. Это все правильно?

Дело в том, что мне нужно, чтобы персонажи могли предсказать взрыв в краткосрочной перспективе. Несколько часов или даже минут. Было бы здорово, если бы они знали о коллапсе ядра и начали обратный отсчет.

Итак, есть ли какие-либо внешние признаки этих событий, такие как изменения яркости или цвета? Меняется ли спектр звезды, когда начинается сплавление железа или когда ядро ​​разрушается? Я знаю, что коллапс ядра генерирует огромное количество нейтрино. Является ли это количество настолько интенсивным, что его легко обнаружить? (то есть без огромного детектора в подземном сооружении). Можно ли оценить количество железа в ядре по спектру и размеру звезды, чтобы можно было прогнозировать приблизительное время коллапса?

Я думаю, что вам лучше всего было бы обнаружить нейтрино, генерируемые ядерным горением внутри звезды (как мы делаем для Солнца). Как только звезда достигает стадии сжигания углерода, она фактически выделяет больше энергии в нейтрино, чем в фотонах. Во время фазы горения кремния, которая длится в течение нескольких дней и которая создает вырожденное железное ядро ​​(которое разрушается, когда оно становится достаточно массивным), поток нейтрино увеличивается примерно до 10 ⁴⁷ эрг / с за несколько секунд до коллапса ядра. (Пиковый поток при разрушении активной зоны составляет от 10 ⁵² до 10 ⁵³ эрг / с). Эта статья Asakura et al. По оценкам, японский детектор KamLAND может обнаружить поток нейтрино перед сверхновой для звезд на расстояниях в несколько сотен парсеков.и заблаговременно предупредите о сверхновой коллапса ядра за несколько часов или даже дней. Поскольку ваши персонажи находятся в той же системе, что и звезда, им вряд ли понадобится большой подземный детектор для сбора нейтрино.

На этом графике показан пример светимости нейтрино (для антиэлектронных нейтрино) в зависимости от времени для звезды перед сверхновой (из Asakura et al. 2016, на основе Odrzywolek & Heger 2010 и Nakazato et al. 2013); коллапс ядра начинается при t = 0 с.

Измеряя спектр энергий для различных типов нейтрино и их временную эволюцию, вы, вероятно, могли бы получить очень хорошее представление о том, как далеко продвинулась звезда, особенно учитывая то, что мы можем предположить, что у ваших персонажей есть гораздо лучшие модели звездной эволюции, чем в настоящее время. делать. (Они также хотели бы получить точные измерения массы звезды, скорости вращения, может быть, внутренней структуры с помощью астросейсмологии и т. Д., Чтобы точно настроить модель эволюции звезды; это все, что они могли бы сделать довольно легко.)

Сам коллапс ядра будет сигнализироваться огромным увеличением потока нейтрино.

В этой статье «Что, если» Рэндалла Манро оценивается, что поток нейтрино от сверхновой с коллапсом ядра будет смертельным для человека на расстоянии около 2 а.е. Который, как он указывает, на самом деле может быть внутри сверхгигантской звезды, так что ваши персонажи, вероятно, будут немного дальше, чем это. Но это действительно показывает, что поток нейтрино будет легко обнаружить, и что ваши персонажи вполне могут получить от него радиационное отравление, если они будут ближе, чем 10 а.е. (Конечно, вы хотели бы обнаружить это более непосредственно, чем просто ждать, пока вы не почувствуете тошноту, поскольку это может занять больше времени, чем ударная волна, чтобы достичь поверхности звезды.) Это просто для того, чтобы вернуть домой тот факт, что у них не будет проблем с обнаружением нейтрино ....

Другие ответы верны; импульс нейтрино определенно ожидается в результате сверхновой коллапса ядра и должен произойти за несколько часов до того, как ударная волна достигнет поверхности.

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

Другая возможность, не упомянутая до сих пор, это гравитационные волны. Предполагая, что относительно портативный детектор гравитационных волн был доступен (!), Вы также ожидали бы резкий импульс гравитационных волн на шкале времени коллапса ядра (секунда или меньше), который также предвосхитит взрывную волну сверхновой через несколько часов.

Как сказал Дин , предшественники сверхновых обычно выделяют нейтрино до полного коллапса ядра, образования остатков и выброса внешних слоев звезды. Процесс - сосредоточенный здесь на нейтрино - идет примерно так:

1. $\rho\sim10^9\text{ g/cm}^3$ $$e^-+p\to n+\nu_e$$ $$n\to p+e^-+\bar{\nu}_e$$
2. Захват электронов снижает давление вырождения электронов в ядре, что приводит к ускоренному коллапсу ядра. Давление вырождения важно в ядрах многих звезд, но в чрезвычайно массивных звездах, включая красные сверхгиганты, этого просто недостаточно, чтобы остановить коллапс.
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, все еще находящиеся в ловушке звездного остатка, высвобождаются примерно через десять секунд. Производство пар нейтрино также приводит к быстрому охлаждению. Некоторые из этих нейтрино могут способствовать возрождению ударной волны.

Нейтрино могут прибыть за несколько часов - или, возможно, в некоторых случаях, дней - до появления света от сверхновой. Первый случай имел место для SN 1987A , первой сверхновой, из которой были обнаружены нейтрино.

Ссылки

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

Сверхсветовая сверхновая (она же гиперновая) может демонстрировать двойной пик своей яркости, и некоторые полагают, что это может быть нормой для сверхсветящей сверхновой, хотя, насколько мне известно, она наблюдалась только в одном случае до сих пор (DES14X3taz).

Во всяком случае, в (по крайней мере) в этом случае было первоначальное существенное увеличение яркости. Затем яркость снизилась (на пару величин) на несколько дней, а затем снова стала значительно ярче, чем первоначальный «удар».

Вероятно, вам нужно быть осторожным в отношении расстояний. Начальный взрыв света уже достаточно большой , что если ваши люди не довольно пути далеко, это будет уже достаточно , чтобы жарить их до хрустящей корочки.

Есть еще один момент, который может быть интересен для вашего романа. После взрыва вы, вероятно, получите магнитар, который, как можно догадаться из названия, представляет собой звезду с чрезвычайно сильным магнитным полем - настолько сильным, что фактически может вызвать разного рода разрушения. с чем угодно, что зависит от электрической активности - не только электроники, но и, вероятно, нервов людей.

Здесь есть очевидная проблема: красный сверхгигант - это правильный тип звезды в качестве прародителя «нормальной» сверхновой звезды. Это, вероятно, не тот тип, который является прародителем сверхновой сверхновой. Прародитель сверхновой, как правило, что-то вроде шести или восьми солнечных масс. Сверхсветовая сверхновая, вероятно, (известно лишь немногие, поэтому ее трудно обобщить) - что-то вроде пары сотен солнечных масс. Учитывая количество энергии , выделяющееся, он должен быть довольно большим в любом случае.

Ссылка: Смит и др. (2015)