SN 1987A

SN 1987A — сверхновая в Большом Магеллановом Облаке, примерно в 168 000 световых лет от нас. Её свет достиг Земли 23 февраля 1987 года — а несколькими часами раньше пришли её нейтрино.

Это была первая сверхновая, которую наблюдали с помощью иного вестника, чем свет, и начало нейтринной астрономии.

24 события

Три детектора в течение нескольких секунд зарегистрировали сигнал:

Всего двадцать четыре события. По меркам того, что дали бы нынешние установки, это ничто — Hyper-Kamiokande ожидает при сверхновой в нашей Галактике несколько десятков тысяч. По меркам того, что было известно прежде, это было всё.

Почему нейтрино пришли первыми

Опережение во времени поначалу кажется противоречивым, но это лучшее подтверждение модели коллапса ядра.

Когда ядро массивной звезды обрушивается, за доли секунды возникает нейтронная звезда. Высвобождающаяся при этом энергия примерно на 99 процентов уходит в нейтрино. Они покидают звезду немедленно, потому что почти не взаимодействуют.

Свет же возникает лишь тогда, когда ударная волна достигает внешних оболочек звезды и заставляет их светиться. На это уходят часы.

Опережение примерно в три часа — это, стало быть, не курьёз, а предсказание, которое подтвердилось.

Что удалось из этого вывести

Энергетический баланс. Из 24 событий удалось оценить полную излучённую энергию нейтрино. Она согласуется с тем, чего требует теория для образования нейтронной звезды. Тем самым модель коллапса ядра стала не просто правдоподобной, а измеренной.

Предел для массы нейтрино. Нейтрино пришли в пределах нескольких секунд, хотя обладали разными энергиями. Будь они заметно массивны, более медленные должны были бы прийти ощутимо позже — при 168 000 световых лет пути сказывается уже крошечная масса. Из этой временной тесноты следовал верхний предел, который тогда принадлежал к лучшим, а сегодня далеко превзойдён KATRIN.

Предел для времени жизни. То, что нейтрино вообще дошли, показывает, что на 168 000 световых лет они не распадаются.

Неожиданность с самой звездой

Звезду-предшественницу удалось опознать на более старых снимках: Sanduleak −69° 202. И это был голубой сверхгигант.

Это противоречило тогдашнему общепринятому мнению, согласно которому сверхновые этого типа происходят от красных сверхгигантов. Теорию пришлось поправить — хороший пример того, что одно-единственное событие может исправить целую модель.

Недостающий объект

Если нейтрино указывают на образование нейтронной звезды, она должна там быть. Десятилетиями её не видели — пыль взрыва закрывала всё.

В 2019 году радиотелескоп ALMA обнаружил в ожидаемом месте необычно тёплое пятно. В 2024 году это подкрепили наблюдения на космическом телескопе «Джеймс Уэбб»: ионизация определённых элементов в центре лучше всего объясняется излучением компактного объекта.

Тем самым круг замыкается почти сорок лет спустя после тех 24 нейтрино.

Почему второй не было

Сверхновые такого рода происходят в нашей Галактике, по оценкам, от одного до трёх раз за столетие. С 1987 года нейтринная физика ждёт следующую.

Поэтому сегодня несколько детекторов объединены в сеть раннего предупреждения. Если о вспышке одновременно сообщает более чем один, в течение минут предупреждение уходит в обсерватории по всему миру — чтобы на этот раз были прослежены и первые часы света.

Связанные понятия

• Нейтринная астрономия — основанная область
• Масатоси Косиба — руководитель Kamiokande-II
• Фредерик Райнес — участие в постройке детектора IMB
• Hyper-Kamiokande — готовность к следующей

Источники

• K. Hirata и др. (Kamiokande-II): Observation of a neutrino burst from the supernova SN1987A, Physical Review Letters 58, 1490 (1987).
• R. M. Bionta и др. (IMB): Observation of a neutrino burst in coincidence with supernova 1987A, Physical Review Letters 58, 1494 (1987).