Welche Technologien und Wissenschaften sind erforderlich, um einen Stern zu erkennen, der zur Supernova wird?

Wenn Menschen an Supernovae denken, denken sie oft nur an das sichtbare Licht, das während und nach der Explosion ausgestrahlt wird. Beschränkt man sich jedoch darauf, im optischen Teil des elektromagnetischen Spektrums zu beobachten, geht eine Menge Information verloren. Es gibt ein paar verschiedene astronomische Boten, die Wissenschaftler verwenden können, um eine Supernova zu untersuchen.

Jahre im Voraus

In der Endphase ihres Lebens neigen massereiche Sterne zu gewalttätigem Verhalten, wie z. B. chaotischen Episoden von Massenverlust. Die Endstadien der Fusion (Neon, Sauerstoff und dann Silizium) dauern Jahre bis Tage, verglichen mit den Milliarden von Jahren, in denen die Sonne Wasserstoff verschmilzt. Mehrere Mechanismen in diesen späten Stadien könnten zu Massenverlustereignissen führen. Diese wären im optischen und infraroten Bereich nachweisbar und würden so trüb erscheinen, wie ausgestoßener Staub den Stern umhüllt.

Dies war einer der Gründe, warum kurz angenommen wurde, dass Beteigeuze in den letzten Monaten seines Lebens sein könnte, als es im vergangenen Herbst zu verdunkeln begann. Während die Verdunkelung wahrscheinlich auf ein großes Massenverlustereignis zurückzuführen ist, ist es nicht unbedingt auf einen dieser Mechanismen im Spätstadium zurückzuführen. Mit anderen Worten, ein einzelnes großes Massenverlustereignis ist kein Beweis für eine Supernova, aber eine anhaltende Aktivitätsphase könnte darauf hindeuten.

Tage bis Stunden vorher

In den Stunden bis Tagen vor einer Supernova setzt der Vorläuferstern eine Flut von Neutrinos frei, die viel Energie tragen. Dieser Ausbruch ist nachweisbar und wird beobachtet, bevor das Licht der eigentlichen Supernova den Beobachter erreicht, weil es weit im Voraus ist. Wir beobachteten die Neutrino-Emission von SN 1987A zwei oder drei Stunden, bevor sein Licht die Erde erreichte.

Neutrinos sind ziemlich schwer zu entdecken, da sie nicht stark mit Materie interagieren. Selbst von SN 1987A haben wir nur eine Handvoll entdeckt. Um Ihre Chancen zu maximieren, einen von ihnen zu entdecken, bräuchten Sie so etwas wie das Supernova-Frühwarnsystem , ein kleines Netzwerk von Neutrino-Detektoren, die alle zusammenarbeiten. Es umfasst das Super-Kamiokande in Japan und Ice Cube in der Antarktis.

Neutrinos können in großen Dosen tödlich sein , daher könnten diese Neutrinos nur dann als angemessenes Warnzeichen dienen, wenn Sie weit genug von der Supernova entfernt sind - andernfalls würden Sie nur getötet! Laut XKCD müssten Sie mindestens ein paar astronomische Einheiten entfernt sein, um die Neutrinos zu überleben – aber dann würde Sie die eigentliche Explosion einige Stunden später natürlich töten.

Während der Veranstaltung

Sie werden vielleicht überrascht sein zu erfahren, dass asymmetrische Supernovae Gravitationswellen erzeugen können ( Ott et al. 2003 ). Es gibt zwei mögliche Formen des Gravitationswellensignals:

1. Eine scharfe Spitze, gefolgt von hochfrequenten Schwingungen, verursacht durch einen langsam rotierenden Vorläuferstern.

2. Oszillierende „Hüpfer“ der Amplitude, die durch Ausdehnungen und Kontraktionen verursacht werden.

Es wird erwartet, dass Wellen vom Typ 1 stärker sind, aber es scheint, dass beide Typen von Interferometern wie LIGO und Virgo nachweisbar sein sollten, vorausgesetzt, die Quellen befinden sich in der Milchstraße. Wir haben Glück; ihre Spitzenfrequenzen liegen in der Mitte des Frequenzbereichs dieser Instrumente. Mit Spitzenbelastungen von$h\sim10^{-21}$für Quellen$\sim10\text{ kpc}$entfernt könnten Supernovae auf der anderen Seite der Galaxie nachweisbar sein. Da sich die Dehnung umgekehrt mit der Entfernung skaliert, wäre die Dehnung von Wellen aus einer näheren Quelle noch größer.

Tage, Wochen und Monate später

Während der Explosion – und in den Wochen und Monaten danach – emittiert eine Supernova sichtbares Licht, das von heißen, radioaktiven Auswurfteilchen stammt, die sich durch den Weltraum bewegen. Astronomen können die Lichtkurve des Ereignisses untersuchen, um Informationen über den Vorläuferstern und die Art der Explosion zu erhalten. Supernova-Lichtkurven steigen im Allgemeinen schnell an und verblassen dann mit der Zeit. Wissenschaftler können herausfinden, um welche Art von Supernova es sich bei einer Supernova handelt, indem sie morphologische Eigenschaften der Lichtkurve beobachten.

Das Interessante ist natürlich, dass es einige Zeit dauert, bis eine Supernova ihre maximale Helligkeit erreicht – vielleicht ein paar Tage bis ein paar Wochen. Es ist möglich , dass sich die Supernova nur bei oder in der Nähe dieser Spitzenhelligkeit als gefährlich erweisen könnte, und daher könnte die anfängliche Zunahme der Leuchtkraft als Warnzeichen ausreichen, ohne tödlich zu sein.

^{Bild mit freundlicher Genehmigung des Wikipedia-Benutzers Lithopsian.}

Um die Lichtkurven einer Supernova genau zu messen, benötigen Sie ausreichend fortschrittliche Teleskope, die in einem Bereich von Wellenlängen arbeiten. UV, Infrarot und sichtbares Licht sind Ihre beste Wahl, und wir haben viele Teleskope, die das Universum in einer oder mehreren dieser Wellenlängen untersuchen.

Das wäre zum einen die „wissenschaftliche Methode“, sich Wissen anzueignen und Phänomene auf der Grundlage empirischer Beobachtungen und messbarer Evidenz zu untersuchen – sozusagen objektiv statt subjektiv.

Abgesehen davon würde ich nachdrücklich für ein tiefes theoretisches Verständnis der internen Funktionsweise eines Sterns (dh der Physik ) stimmen und natürlich die Veränderungen in Ihrem Stern erkennen. Optische Instrumente (also Optik und die dazugehörigen Technologieketten der Glasherstellung, Fertigung optischer Elemente, zB Schleifen und Polieren von Linsen, sowie feinmechanische Fertigung zur Herstellung Ihrer Instrumente). Die Idee der Spektroskopie wäre hilfreich, um die Änderungen der Emissionswellenlängen des Sterns in Bezug auf seine Lebenszyklen zu messen. Ein messbarer Beweis für eine fortschreitende Supernova ist neben den Emissionsspektren natürlich die Helligkeit des Sterns – seine astronomische Größe. Um das empirisch zu messen, ist es ratsam, fotografiert zu habenerfunden (was einfacher ist, als ein elektronisches Photometer zu erfinden).

Der größte Teil dieser Hardware sollte etwa um 1850 verfügbar gewesen sein. Obwohl dieser Zeit das Verständnis von Fusionsprozessen im Inneren des Sterns fehlt – irgendwie lebenswichtig für das Verständnis einer Supernova.

Es ist auch mehr als bemerkenswert, dass eine Supernova nicht gerade etwas ist, das in kürzester Zeit passiert. Wir sprechen von Hunderttausenden, wenn nicht Millionen von Jahren (je schwerer der Stern, desto schneller lebt er) von merklichen Veränderungen bis zur Supernova. Das heißt: viel Zeit, um die Raumfahrt zu entdecken und sich von dort zu verabschieden.

Ghanimas Antwort macht den grundlegenden Punkt, dass theoretisches Wissen erforderlich ist, bevor die notwendige Technologie entwickelt wird. Die Antwort von HDE226868 ist eine hervorragende Zusammenfassung des Prozesses.

Es gibt ein Problem mit der Idee, dass ein Heimatstern zur Supernova wird. Ein Supernova-Ereignis erfordert eine beträchtliche Menge an Masse. Außerdem wird die Lebensdauer eines Sterns durch seine Masse bestimmt. Hier ist eine Tabelle, die die Beziehung zwischen Sternmasse und Sternlebensdauer zusammenfasst:

Die Theorie legt nahe, dass die Mindestmasse für eine kleine Supernova etwa 1,44 Sonnenmassen beträgt. Eine kernkollabierende Supernova benötigt 8 bis 9 Sonnenmassen.

Eine minimale Supernova würde also aus einem Stern mit einer erwarteten Lebensdauer von etwa 3 Milliarden Jahren resultieren. Bedenken Sie, dass unsere Sonne 4,5 Milliarden Jahre alt ist und dass es so lange gedauert hat, bis sich intelligentes Leben hier auf der Erde entwickelt hat. Dies scheint zu implizieren, dass eine Supernova auftreten würde, bevor sich intelligentes Leben entwickeln könnte.

Andererseits muss eine Supernova nicht auf dem eigenen Heimatstern auftreten, um katastrophale Auswirkungen zu haben. Alle Sterne und ihre Planeten in der lokalen Sternengruppe würden eine Katastrophe erleiden.