超新星を目撃する競争：ニュートリノが早期警告を与える方法

概要

本記事では、私たちが超新星が到達する前に超新星を予測する可能性について探求します。光よりも速く移動するものはないため、不可能に思われるかもしれませんが、ニュートリノは早期警告を与えることができます。ニュートリノは、非相互作用性で知られる素粒子であり、光粒子として知られる光子よりも直接的な経路を通ることができます。世界中の検出器がニュートリノのバーストを検出すると、ニューヨークの中央コンピュータにメッセージが送信され、超新星早期警告システム（SNEWS）がトリガーされます。複数の検出器が10秒以内に類似した信号を受信する場合、SNEWSは超新星が間近に迫っていることを警告するアラートをトリガーします。

超新星の頻度

観測可能な宇宙では、約1秒ごとにどこかの星が爆発します。実際、天の川銀河のサイズや年齢に相当する銀河には、平均して25〜50年に1回の超新星があります。しかし、我々は超新星の最初の瞬間から超新星爆発を見ることができたことがありません。我々が観測できる程度に近い何百億もの星がありますが、有意義なデータを得るためには、最高の望遠鏡を正確なタイミングで正しい星に焦点を合わせる必要があります。

観測する難しさ

超新星の最初の瞬間から超新星を観測できる確率は極めて低いです。しかし、光が私たちに到達する前に超新星を予測できたらどうでしょうか？これは、何かが光よりも速く移動する場合、誰かがゴールに向かって直線的に進む一方で、あなたが迂回することができる場合、速さが重要ではないためです。このため、光子は地球への超新星レースに勝つことはありません。ニュートリノが勝利するのです。

ニュートリノの役割

超新星には2つのタイプがあります。タイプIは、近くの星から多くの物質を蓄積することで、暴走する核反応が引き起こされ、爆発することがあります。タイプIでは、星は核燃料を使い果たし、引力が量子力学的な力を圧倒して、星の核が重力によって百分の一秒で崩壊します。星の外側は崩壊した核に影響を受けませんが、内側の端は加速し、核に衝突して反発し、爆発を起こします。これらのシナリオのどちらの場合でも、星は前例のないほどのエネルギーと物質を放出します。金や銀などの元素を含むニッケルより重いすべての原子は、超新星反応でのみ形成されます。タイプII超新星では、エネルギーの約1％が光子であり、99％が何にも反応しない素粒子であるニュートリノとして放射されます。

星の中心から始まり、爆発する物質は、数十分または数時間かかる場合があります。しかし、ニュートリノは非相互作用性を持っているため、より直接的な経路を通ることができます。星の表面に何らかの見える変化がある時点で、光よりもニュートリノは通常数時間のヘッドスタートを持っています。

超新星早期警告システム（SNEWS）

天文学者と物理学者は、超新星早期警告システム（SNEWS）と呼ばれるプロジェクトを設立することができました。世界中の検出器がニュートリノのバーストを検出すると、ニューヨークの中央コンピュータにメッセージが送信されます。複数の検出器が10秒以内に類似した信号を受信する場合、SNEWSは超新星が間近に迫っていることを警告するアラートをトリガーします。ニュートリノ検出器からの距離と方向の情報の支援を受けて、アマチュアの天文学者や科学者は空をスキャンし、新しい銀河超新星を迅速に特定し、世界の主要な望遠鏡をその方向に向けることができます。