Когда звезды с высокой массой заканчивают свою жизнь, они взрываются в монументальных сверхновых. Вместо этого, взрыв происходит так быстро, что отскок и все фотоны, созданные во время него, немедленно поглощаются вновь образованной черной дырой. Оценки предполагают, что целых 20% звезд, достаточно массивных для образования сверхновых, коллапсируют прямо в черную дыру без взрыва. Эти «неудавшиеся сверхновые» просто исчезли бы с неба, оставив такие прогнозы, казалось бы, невозможными для проверки. Но новая статья исследует потенциал для нейтрино, субатомных частиц, которые редко взаимодействуют с нормальной материей, могут убежать во время коллапса и быть обнаруженными, предвещая смерть гиганта.
В настоящее время только одна сверхновая была обнаружена ее нейтрино. Это была сверхновая 1987a, относительно близкая сверхновая, которая произошла в Большом Магеллановом Облаке, нашей спутниковой галактике. Когда эта звезда взорвалась, нейтрино покинули поверхность звезды и достигли детекторов на Земле за три часа до того, как ударная волна достигла поверхности, производя видимое осветление. Тем не менее, несмотря на чудовищность извержения, между тремя детекторами были обнаружены только 24 нейтрино (или, точнее, электронные антинейтрино).
Чем дальше происходит событие, тем больше его нейтрино будет распространяться, что, в свою очередь, уменьшает поток на детекторе. С текущими детекторами ожидается, что они будут достаточно большими, чтобы обнаруживать события сверхновых с частотой 1-3 за столетие, происходящие из Млечного Пути и наших спутников. Но, как и в большинстве астрономических наук, радиус обнаружения можно увеличить с помощью более крупных детекторов. В нынешнем поколении используются детекторы с массами порядка нескольких килотонн обнаруживающей жидкости, но предлагаемые детекторы увеличат это значение до мегатонн, что увеличит сферу обнаружения до 6,5 миллионов световых лет, включая нашу ближайшую соседку, галактику Андромеды. , Ожидается, что с такими расширенными возможностями детекторы будут обнаруживать нейтринные вспышки порядка одного раза в десятилетие.
Если предположить, что расчеты верны и что 20% сверхновой звезды взрываются напрямую, это означает, что такие гигантские детекторы могут обнаружить 1-2 неисправных сверхновых в столетие. К счастью, это немного усиливается из-за дополнительной массы звезды, которая увеличивает общую энергию события, и, хотя она не исчезнет как свет, будет соответствовать увеличению выхода нейтрино. Таким образом, сфера обнаружения может быть вытолкнута на потенциально 13 миллионов световых лет, которые будут включать в себя несколько галактик с высокой скоростью звездообразования и, следовательно, сверхновой.
Несмотря на то, что это позволяет обнаруживать неисправные сверхновые на радаре, остается еще большая проблема. Скажем, детекторы нейтрино регистрируют внезапный выброс нейтрино. Для типичных сверхновых это обнаружение будет быстро сопровождаться оптическим обнаружением сверхновой, но в случае неудачной сверхновой наблюдение будет отсутствовать. Взрыв нейтрино - это начало и конец истории, которая изначально не могла бы положительно определить такое событие, отличное от других сверхновых, таких как те, которые образуют нейтронные звезды.
Чтобы выявить тонкие различия, команда смоделировала сверхновые, чтобы исследовать соответствующие энергии и длительности. При сравнении неудавшихся сверхновых с теми, которые образуют нейтронные звезды, они предсказали, что неудавшиеся сверхновые всплески нейтрино будут иметь меньшую продолжительность (~ 1 секунда), чем те, которые образуют нейтронные звезды (~ 10 секунд). Кроме того, энергия, передаваемая при столкновении, которое составляет обнаружение, будет выше для неисправных сверхновых (до 56 МэВ против 33 МэВ). Эта разница может потенциально различать два типа.
