มีการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในดาวฤกษ์ที่จะกลายเป็นซุปเปอร์โนวานาทีหรือชั่วโมงก่อนการระเบิดหรือไม่?

ฉันกำลังเขียนนวนิยายนิยายวิทยาศาสตร์ที่มีเรือติดอยู่ในระบบดาวดวงเดียว (มหาอำนาจสีแดง) หนึ่งในประเด็นการพล็อตคือดาวกลายเป็นซุปเปอร์โนวาในเวลาไม่กี่ชั่วโมงดังนั้นตัวละครจะต้องซ่อมเรือก่อนที่จะเกิดขึ้น

ฉันมีความรู้พื้นฐานเกี่ยวกับวิธีการทำงาน: เหล็กที่สร้างขึ้นจากนิวเคลียร์ฟิวชั่นจะถูกสะสมในแกนกลางจนกระทั่งถึงจุดที่ฟิวชั่นเหล็กเริ่มขึ้น เนื่องจากฟิวชั่นเหล็กเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนแกนกลางจึงไม่สามารถผลิตพลังงานได้เพียงพอที่จะต้านแรงโน้มถ่วงและความดันชั้นนอกของมันเองดังนั้นมันจึงยุบตัวและระเบิด

ฉันได้อ่านว่าเมื่อการหลอมเหล็กเริ่มขึ้นในแกนกลางการยุบจะเกิดขึ้นภายในไม่กี่นาทีการยุบตัวของมันจะกินเวลาไม่กี่วินาที (แม้แต่น้อยกว่าหนึ่งวินาที) และคลื่นกระแทกนั้นใช้เวลาหลายชั่วโมงกว่าจะถึงพื้นผิว ถูกต้องหรือไม่

สิ่งนี้คือฉันต้องการตัวละครเพื่อที่จะสามารถทำนายการระเบิดได้ในระยะสั้น ไม่กี่ชั่วโมงหรือแม้กระทั่งนาที มันคงจะดีถ้าพวกเขารู้ตัวว่าแกนกลางยุบตัวและเริ่มนับถอยหลัง

ดังนั้นมีคิวภายนอกของเหตุการณ์เหล่านี้เช่นการเปลี่ยนแปลงในความส่องสว่างหรือสี? สเปกตรัมของดาวเปลี่ยนไปเมื่อเริ่มการหลอมเหล็กหรือเมื่อแกนยุบหรือไม่? ฉันรู้ว่าการล่มสลายของแกนกลางทำให้เกิดนิวตริโนจำนวนมาก จำนวนนี้รุนแรงมากจนสามารถตรวจจับได้ง่ายหรือไม่ (นั่นคือไม่มีเครื่องตรวจจับขนาดใหญ่ในสถานที่ใต้ดิน) สามารถประมาณปริมาณเหล็กในแกนกลางได้จากสเปกตรัมและขนาดของดาวดังนั้นเวลาคาดการณ์ล่วงหน้าของการล่มสลายจะเป็นอย่างไร

ฉันคิดว่าทางออกที่ดีที่สุดของคุณคือการตรวจจับนิวตริโนที่เกิดจากการเผาไหม้นิวเคลียร์ภายในดาว (อย่างที่เราทำเพื่อดวงอาทิตย์) เมื่อดาวฤกษ์เข้าสู่ขั้นตอนการเผาไหม้คาร์บอนมันจะดึงพลังงานนิวตริโนออกมามากกว่าในโฟตอน ในระหว่างขั้นตอนการเผาซิลิคอนซึ่งกินเวลาไม่กี่วันและเป็นสิ่งที่สร้างแกนเหล็กที่เสื่อมสภาพ (ซึ่งยุบลงเมื่อมันมีมวลมากพอ) ฟลักซ์นิวตริโนจะเพิ่มขึ้นประมาณ 10 ⁴⁷ erg / sa ไม่กี่วินาทีก่อนที่แกนกลางจะยุบตัว (ฟลักซ์สูงสุดระหว่างการยุบตัวของแกนอยู่ที่ประมาณ 10 ⁵²ถึง 10 ⁵³ erg / s) บทความนี้โดย Asakura และคณะ ประมาณการว่าเครื่องตรวจจับ KamLAND ของญี่ปุ่นสามารถตรวจจับฟลักซ์นิวตริโนล่วงหน้าก่อนเกิดดวงดาวในระยะทางหลายร้อยพาร์เซกและแจ้งเตือนล่วงหน้าเกี่ยวกับซูเปอร์โนวาแกนกลางยุบตัวหลายชั่วโมงหรือหลายวัน เนื่องจากตัวละครของคุณอยู่ในระบบเดียวกับดาวพวกเขาแทบจะไม่ต้องการเครื่องตรวจจับใต้ดินขนาดใหญ่ในการรับนิวตริโน

พล็อตนี้แสดงตัวอย่างของความส่องสว่างของนิวตริโน (สำหรับนิวตริโนต่อต้านอิเล็กตรอน) เมื่อเทียบกับเวลาสำหรับดาวพรี - ซุปเปอร์โนวา (จาก Asakura et al. 2016 ตาม Odrzywolek & Heger 2010 และ Nakazato et al. 2013); แกนกลางยุบเริ่มต้นที่ t = 0s

ด้วยการวัดสเปกตรัมของพลังงานสำหรับนิวตริโนชนิดต่าง ๆ และวิวัฒนาการเวลาของพวกมันคุณอาจจะได้ความคิดที่ดีเกี่ยวกับว่าดาวฤกษ์อยู่ไกลแค่ไหนโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเราสามารถสมมติว่าตัวละครของคุณมีแบบจำลองที่ดีกว่ามากสำหรับวิวัฒนาการของดาวฤกษ์ ทำ. (พวกเขาต้องการที่จะได้รับการตรวจวัดมวลอัตราการหมุนที่แม่นยำของดาวฤกษ์บางทีอาจจะเป็นโครงสร้างภายในผ่านการตรวจทางโหราศาสตร์ ฯลฯ เพื่อปรับแต่งแบบจำลองวิวัฒนาการของดาวฤกษ์เหล่านี้เป็นสิ่งที่ทำได้ง่าย ๆ )

การยุบตัวของแกนกลางนั้นจะส่งสัญญาณโดยการเพิ่มขึ้นอย่างมากของนิวตริโนฟลักซ์

บทความ "จะเกิดอะไรขึ้นถ้า"โดย Randall Munroe ประมาณการว่าการไหลของนิวตริโนจากซูเปอร์โนวาแกนกลางยุบตัวนั้นจะเป็นอันตรายต่อมนุษย์ในระยะทางประมาณ 2 AU ซึ่งในขณะที่เขาชี้ให้เห็นว่าจริง ๆ แล้วอาจอยู่ในดาวเด่นดวงหนึ่งดังนั้นตัวละครของคุณอาจจะอยู่ห่างออกไปเล็กน้อยกว่านั้น แต่มันแสดงให้เห็นว่าฟลักซ์นิวตริโนจะสามารถตรวจจับได้ง่ายและตัวละครของคุณอาจได้รับพิษจากการแผ่รังสีถ้าพวกมันอยู่ใกล้กว่า 10 AU (แน่นอนคุณต้องการตรวจจับมันโดยตรงมากกว่ารอจนกว่าคุณจะเริ่มรู้สึกไม่สบายเนื่องจากอาจใช้เวลานานกว่าคลื่นกระแทกที่จะไปถึงพื้นผิวของดาว) นี่เป็นเพียงการนำกลับบ้าน ความจริงที่ว่าพวกเขาจะไม่มีปัญหาในการตรวจพบนิวตริโน ....

คำตอบอื่น ๆ นั้นถูกต้อง; ชีพจรของนิวตริโนคาดว่าเป็นผลมาจากซูเปอร์โนวาแกนกลางที่ยุบตัวและน่าจะเกิดขึ้นหลายชั่วโมงก่อนที่คลื่นกระแทกจะมาถึงพื้นผิว

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

ความเป็นไปได้อีกอย่างที่ไม่ได้กล่าวถึงคือคลื่นความโน้มถ่วง สมมติว่ามีเครื่องตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงแบบพกพาค่อนข้างพร้อมใช้งาน (!) แล้วคุณจะคาดหวังว่าคลื่นพัลซ์แรงโน้มถ่วงที่คมชัดบนแกนกลางยุบตัวเป็นสองเท่า (วินาทีหรือน้อยกว่า) ที่จะจับคลื่นยักษ์

ดังที่Dean กล่าวว่าบรรพบุรุษของซุปเปอร์โนวาจะปล่อยนิวตริโนก่อนที่จะเกิดการยุบตัวแบบเต็มแกนการก่อตัวที่เหลือและการขับชั้นนอกของดาวออก กระบวนการ - มุ่งเน้นไปที่นิวตริโน - ไปที่สิ่งต่อไปนี้:

1. $\rho\sim10^9\text{ g/cm}^3$ $$e^-+p\to n+\nu_e$$ $$n\to p+e^-+\bar{\nu}_e$$
2. การดักจับอิเล็กตรอนช่วยลดความดันอิเล็กตรอนในแกนกลางทำให้แกนกลางยุบตัวเร็วขึ้น แรงกดดันจากการเสื่อมสภาพมีความสำคัญในแกนกลางของดาวฤกษ์หลายดวง แต่ในดาวฤกษ์ที่มีมวลมาก - มีดาวยักษ์แดงรวมอยู่ - มันก็ไม่เพียงพอที่จะหยุดยั้งการยุบตัว
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. Neutrinos ยังคงติดอยู่ใน / โดยเศษซากดาวจะถูกปล่อยออกมาประมาณสิบวินาทีในภายหลัง การผลิตคู่นิวตริโนนำไปสู่การระบายความร้อนอย่างรวดเร็ว นิวตริโนเหล่านี้บางส่วนอาจนำไปสู่การฟื้นฟูคลื่นกระแทก

Neutrinos อาจมาถึงหลายชั่วโมงหรือหลายวันก่อนถึงแสงจากซูเปอร์โนวา อดีตคือกรณีของSN 1987Aซึ่งเป็นซุปเปอร์โนวาแรกที่ตรวจพบนิวตริโน

อ้างอิง

• บาลาซีและคณะ (2015)
• Mirizzi และคณะ (2015)
• Scholberg (2012)

ซุปเปอร์โนวาซูเปอร์โนวา (aka ไฮเปอร์โนวา) สามารถแสดงจุดสูงสุดเป็นสองเท่าของความสว่างของมันและบางทฤษฎีกำลังคิดว่านี่อาจเป็นบรรทัดฐานสำหรับซุปเปอร์โนวาซูเปอร์โนวา แต่ถึงเท่าที่ฉันรู้ว่ามันเพิ่งถูกสังเกตในกรณีเดียว (DES14X3taz)

อย่างไรก็ตามในกรณีนี้อย่างน้อยก็มีความสว่างเพิ่มขึ้นอย่างมาก จากนั้นความสว่างจะลดลง (สองสามมิติ) เป็นเวลาสองสามวันจากนั้นก็กระโจนกลับขึ้นมาอย่างสว่างกว่า "ชน" ในตอนแรก

คุณอาจจะต้องระมัดระวังเกี่ยวกับระยะทางที่เกี่ยวข้อง ระเบิดครั้งแรกของแสงที่มีอยู่แล้วมากพอว่าถ้าคนของคุณจะค่อนข้างวิธีออกไปแล้วมันจะมากพอที่จะให้พวกเขาทอดกรอบ

มีอีกประเด็นหนึ่งที่น่าสนใจสำหรับนวนิยายของคุณ หลังจากการระเบิดสิ่งที่คุณอาจได้รับคือแม่เหล็กซึ่งตามที่คุณคาดเดาจากชื่อนั้นเป็นดาวฤกษ์ที่มีสนามแม่เหล็กแรงสูงมาก - จริง ๆ แล้วแข็งแกร่งมากจริง ๆ แล้วมันน่าจะทำให้เกิดความเสียหายทุกประเภท มีอะไรในบริเวณใกล้เคียงที่ขึ้นอยู่กับทุกสิ่งที่เกี่ยวข้องกับกิจกรรมไฟฟ้า - ไม่เพียง แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เท่านั้น

มีปัญหาที่เห็นได้ชัดที่นี่: supergiant สีแดงเป็นดาวประเภทที่เหมาะสมในฐานะผู้กำเนิดของซุปเปอร์โนวา "ปกติ" มันอาจไม่ใช่ประเภทที่ถูกต้องในฐานะผู้กำเนิดของซูเปอร์โนวาซุปเปอร์ลูมินัส ต้นกำเนิดของซูเปอร์โนวานั้นมักจะมีมวลประมาณหกถึงแปดเท่าของมวลดวงอาทิตย์ อาจเป็นซุปเปอร์โนวาขนาดใหญ่(เพียงไม่กี่ดวงเท่านั้นดังนั้นจึงยากที่จะพูดคุย) บางสิ่งบางอย่างเช่นมวลดวงอาทิตย์สองร้อยดวง ได้รับปริมาณของพลังงานที่ปล่อยออกมาก็มีที่จะอยู่ดีมีขนาดค่อนข้างใหญ่

ข้อมูลอ้างอิง: Smith, et al (2015)