المستعر الأعظم 1987A: أثناء اندلاع المرض وقبلهمنذ وقت ليس ببعيد ، كان هناك مقالة جيدة من
Bars21 حول
النيوتريونات من المستعرات الأعظمية . لقد أحببت ذلك حقًا ، وأدت بعض اللحظات (على سبيل المثال ، حول عملية urka) إلى أننا لا نقرأ ونستمع فقط إلى المعلمين أنفسهم ، ولكن ربما نعرف بعضنا البعض شخصيًا :)
تم تخصيص إحدى فقرات هذه المقالة (لفهم أفضل لما سيقال في المستقبل ، أوصي بإعادة قراءته) لتسجيل النيوترونات من Supernova 1987A ، وأود أن أكمل هذه اللحظة. الحقيقة هي أن الكاشفات التي اكتشفت انفجار النيوترينو لم تكن 3 ، ولكن 4 ، والرشقات نفسها كانت 2. ولكن هذا غير معروف من الناحية العملية حتى للخبراء ، ناهيك عن الجمهور العام. إنه أكثر إهانة أن العلماء الروس (أو السوفيات ، كما تحب) لعبوا دورًا مهمًا في هذا الاكتشاف (على الرغم من ذلك ، هل هو اكتشاف؟).
وكان مثل هذا.
في عام 1984 ، تم بناء قوى التعاون السوفيتي الإيطالي بقيادة الأكاديمي جورج تيموفيتش زاتسبين (المذكورة في المقال الأصلي من قبل طالبه فاديم أليكسييفيتش كوزمين ، رغم كل مزاياه ، ليس الرائد الرئيسي في هذا المجال) في النفق بين فرنسا وإيطاليا تحت قيادة مونت بلانك كاشف التلألؤ السائل (LSD).
عن الشخصياتنظرًا لحقيقة أنني كنت أعرف الشخصيات الرئيسية في هذه القصة شخصيًا ، بسبب اختلاف العمر ، سأتصل بالجميع باسمهم الأول وأسرته.
الاختصار ، مهم ، قاد الكثيرين إلى أي أفكار تافهة ، لكن عندما سألت عن هذا الأستاذ بجامعة تورينو ، بييرو جالوتي ، الذي كان له الفضل في تأليف الاسم ، قال مازحا مازحا.
دارة الكاشف ورد الفعل الرئيسي لمضادات الإلتهابات التي تقوم عليها العملية (تلك التي كانت متوقعة أثناء الإنشاء)احتوى الكاشف على 72 عداد تلألؤ بقياس 1 * 1 * 1.5 متر في حاويات حديدية. إن التلألؤ هو مادة ، تعتمد عادة على المنتجات البترولية (في حالتنا كانت روحًا بيضاء) ، حيث تولد الجسيمات المشحونة ومضات من الضوء تلتقطها المضاعفات الكهروضوئية. كدرع ضد النشاط الإشعاعي الخارجي ، وضعت ألواح من الحديد على جميع جوانب التركيب ، بحيث تم إنتاج ما يقرب من 200 طن من الحديد لكل 90 طن من التلألؤ. في البداية ، كان الهدف الرئيسي للتركيب هو البحث عن إشعاع النيوترينو من المستعرات الأعظمية.
في 23 فبراير 1987 ، الساعة 2:52 بالتوقيت العالمي (قبل 5 ساعات من KII و IMB و BUSTs المذكورة في
Bars21 ) ، سجل كاشف LSD الإشارة المتوقعة: 5 أحداث مع إطلاق طاقة من
6-11 MeV ، مشابه جدًا لتفاعلات النيوترينو ، لمدة 7 ثوان.
النسخة المطبوعة التي اكتشفها الفريق في صباح 23 فبراير 1987 ، وهذا الفريق نفسهفي الساعة 7:36 بالتوقيت العالمي ، سجلت LSD ، إلى جانب ثلاثة أجهزة كشف أخرى ، حدثين مماثلين آخرين مع إطلاق طاقة من 8 إلى 9 ميجا فولت. أثناء الإشارة الأولى في LSD ، تم إطلاق هوائيات جاذبية في روما وماريلاند (الولايات المتحدة الأمريكية) ، وهما عبارة عن أسطوانات ضخمة معلقة على خيوط رفيعة. لم يتم بناء الوحوش مثل عمليات التثبيت LIGO أو Virgo الحالية. وفي Kamiokand II ، تم تسجيل إشارة تتكون من حدثين.
التسلسل الزمني الجديد ؛)ولكن كيف يمكن للكاشف الضخم الذي يحتوي على أكثر من 2000 طن من الماء أن "يفقد" عدد الأحداث في منشأة صغيرة تحتوي على 90 طنًا من المادة الفعالة - جهاز التلميع؟ ومن أين جاءت المجموعة الثانية من الأحداث؟ ما حدث لا يتناسب مع نظرية الانهيار القياسي للنجوم لدرجة أن الإشارة التي سجلتها LSD تم شرحها بحدث خلفية عشوائية (حدث مماثل ، لكن لم يتم ملاحظته خلال عملية التثبيت بأكملها ، حتى عام 1999) ، وفضل نسيانها. من المحتمل أن بطء العلماء السوفييت التقليدي ، الذين سعوا إلى التحقق من كل شيء في الوقت الحالي عندما كان من الضروري تزوير الحديد ، بينما كان الجو حارًا ، قد تأثر أيضًا.
هنا من الضروري الخوض في تلك الظروف التي يكون فيها نموذج الانهيار القياسي صالحًا. في الواقع ، هذا "حصان كروي حرفي في فراغ": يجب ألا تدور النجمة ، ويكون لها مجال مغناطيسي ، ولكن تكون متناظرة كرويًا. في السنوات التي تم فيها تطوير هذا النموذج ، فإن أنظمة المعادلات التفاضلية ذات الشروط الحدودية الأكثر تعقيدًا ، كما أعتقد ، لا يمكن حلها - حتى عدديًا. ومع ذلك ، في هذا النموذج ، لم يتمكن أي شخص من الحصول على تفريغ لقذيفة النجم ، والذي سنعتبره بمثابة فلاش سوبر نوفا.
صورة عالم الفيزياء الفلكية الشهيرة من بقايا SN1987Aولكن في الواقع ، لا تكون النجوم متناظرة كروياً على الإطلاق ، وكقاعدة عامة ، فإنها تدور. حتى الصور الحديثة لبقايا السوبرنوفا 1987A ليست على الإطلاق صورة متناظرة كرويًا. لذلك ، هناك كل ما يدعو للاعتقاد بأن اندلاع المستعر الأعظم يحدث في الطبيعة بسبب بعض العمليات الأكثر تعقيدًا. ولكن أي منها؟
في عام 1995 ، أنهى فلاديمير سيرجيفيتش إيمشنيك ، بمساعدة ديميتري كونستانتينوفيتش ناديشين ، تطوير نموذج ، أطلق عليه اسم نظرية التدوير المنهار. جوهرها هو على النحو التالي.
إذا كان النواة الحديدية للنجم (ونعلم أن النجوم تنتج ذرات هيدروجين من الهيليوم إلى الحديد ، فإن تكوين نوى أثقل ضارًا للغاية) يتم تدويره على عتبة الانضغاط التثاقلي ، الناجم عن "وراثة" دوران النجم كله وقانون الحفاظ على عزم الدوران ، ثم من الحسابات ، يلي ذلك أن فترة دورانها هي الألف من الثانية. بطبيعة الحال ، يتم تسطيح الأساسية في الاتجاه المحوري ويحدث عدم الاستقرار. ينشأ الدمبل من قرص مسطح ، ممزق إلى أجزاء (في أبسط الحالات ، إلى قسمين). في هذه اللحظة ، تنبعث النيوتريونات الإلكترونية بشكل رئيسي (وليست النيوتريونات من جميع الأنواع ، كما يلي من نموذج الانهيار القياسي).
يبدأ النظام الثنائي بالتناوب حول مركز مشترك للكتلة ، ينبعث منه بشكل فعال موجات الجاذبية ، والتي يتم من خلالها نقل كل من الطاقة ولحظة الدوران بعيدًا عن النظام. تتجمع شظايا النواة ، بحيث تأتي لحظة النقل الشامل: يبدأ المكون الأفتح في تفريغ المادة على المادة الأثقل ، مع الاستمرار في الدوران. عندما تصبح كتلة مكون الضوء حوالي 10٪ من الطاقة الشمسية ، تصبح غير مستقرة وتنفجر ، وتنهار الكتلة الأثقل ، وفقًا للسيناريو المعياري (هذه اللحظة بدت شخصيا دومًا امتدادًا كبيرًا لي في النموذج بأكمله).
على الرغم من حقيقة أن كثافة المادة في قلب النجم في كلتا السيناريوهين - تداعيات قابلة للطي ودرجة قياسية - قريبة من الطاقة النووية ، في الحالة الثانية تكون درجة الحرارة في وسط النواة أعلى من طلبيتها. ولهذا السبب ، يولد النيوتريونات بطاقات عالية إلى حد ما - 100-200 ميغا فولت ، ولكن في هذه الكثافة من المادة سوف يتفاعل النيوترينو مرارًا وتكرارًا. تنتشر النيوتريونات من جميع الأنواع مع طاقات تتراوح من 10 إلى 20 ميجا فولت إلى السطح. بسبب انخفاض درجة الحرارة ، في collapsar الدوارة ، فإن رد الفعل الرئيسي لتشكيل النيوترينو هو "دفع" الإلكترونات إلى البروتونات:
e - + p → n + ν eستكون طاقة النيوترينو في هذه الحالة حوالي 30 - 40 ميجا فولت ، وكمية المادة التي يجب التغلب عليها بالقرب من الاتجاهات القطبية أقل بكثير. يمكن أن تصل النيوتريونات المماثلة إلى سطح النجم دون تفاعل ، مع الاحتفاظ بطاقتها من 30 إلى 40 ميجا فولت.
للكشف عن النيوتريونات الإلكترونية المنبعثة أثناء التفشي الأول ، تكون النوى مثل الديوتيريوم والكربون والعناصر الثقيلة الغنية بالنيوترونات مثل الحديد والرصاص وغيرها مناسبة تمامًا. يوجد عدد كافٍ من هذه العناصر فقط في LSD (شملت BPST أيضًا الحديد ، ولكن كان هناك صغير نسبيًا وفي تكوين غير ناجح جدًا). وبالتالي ، تبين أن هذا الإعداد هو الوحيد الذي يمكنه "رؤية" شيء موثوق به خلال الفلاش الأول. إن تفاعل النيوتريونات مع الأكسجين الموجود في تركيبة الماء قد يعطي أيضًا العديد من الأحداث (لقد حدث ذلك ، لكن فريق Kamiokande II لم يعلن عنه) ، ولكن أقل بكثير من الحديد ، إذا عدنا التأثير لكل كتلة وحدة.
والحقيقة هي أنه نتيجة تفاعل إلكترون النيوترينو مع الحديد والكوبالت والإلكترون.
+ e + 56 Fe → e - + 56 Co *إن جوهر الكوبالت -56 (بسبب أسباب نووية بحتة) يولد دائمًا في حالة من الإثارة وليس الأساسية. تتم إزالة هذا الإثارة بواسطة انبعاث واحد أو أكثر من أشعة غاما. وإذا لم تخرج منه الإلكترونات المولودة في الحديد ، فإن أشعة جاما المحايدة (مع طاقات مميزة من 1.7 أو 1.8 أو 4 أو 7 ميجا فولت) تتمتع بقدرة اختراق أكبر وستقع بالتأكيد في طبقة التلألؤ.
مخطط تفاعل النيوتريونات مع الحديد في كاشف التلألؤ LSD.سيتم وصف طيف الطاقة في التلألؤ بالصيغة dE / E بحد أقصى إضافي يبلغ حوالي 7 ميجا فولت. وستقدم المساهمة الرئيسية في ذلك عن طريق أشعة جاما من إزالة الإثارة الكوبالت وأشعة جاما الناتجة عن إلكترون نتيجة لتثبيته في الحديد.
يبدو أن لغز Supernova 1987A تم حله باستخدام نموذج من collapsar الدورية. تحدثت أولغا جورجيفنا ريازسكايا ، وهي طالبة أخرى من Zatsepin ، والتي كانت مسؤولة فعلًا عن تجربة LSD السوفيتية ، في عدة مؤتمرات مع إيمشنيك في محاولة لإقناع العالم بالاكتشاف (يبدو لي أن حجمه قد حصل على جائزة نوبل). ومع ذلك ، فإن عدم ثقة المجتمع العلمي بالنتيجة طويلة الأمد لتجربة LSD كانت كبيرة جدًا (في الواقع ، "عندما تقوم بتسمية اليخت ، سوف تطفو") ، وضاع الوقت (كان من الممكن مقارنة البيانات التجريبية مع الحساب فقط في أوائل عام 2000 ، بعد 15 عامًا بعد اندلاع نفسه) ، لذلك لم يحصل هذا التفسير اعتراف واسع. فقط في روسيا وحدها تم تطوير العديد من النظريات المتنافسة التي زعمت أنها تشرح آلية انفجارات المستعرات العظمى وتوليد النيوتريونات. في غياب الأدلة التجريبية ، ظلت كل هذه النظريات نماذج أو ، إذا أردت ، لا شيء أكثر من فرضيات.
الاستنتاج الوحيد الذي يمكن استخلاصه من هذه القصة بالتأكيد هو الحاجة إلى بناء مثل هذه الأجهزة التي يمكن أن تسجل ليس فقط التفاعل "المعترف به عالميا" من antineutrino الإلكترون مع البروتون ، ولكن التفاعل من جميع أنواع النيوتريونات. لهذا الغرض ، لا يلزم فقط اكتشاف كاشفات شيرينكوف التي تستخدم الماء ، أو منشآت التلألؤ البحتة ، ولكن من المستحسن أن يكون هناك تكوين خلوي - نوع من المسعرات النيوترينية مع القدرة على قياس الطاقة - باستخدام عناصر ثقيلة مثل الحديد أو الرصاص.
لفد. بسبب عدم وجود مساحة في المنجم ، تم تصويره دائمًا من زاوية واحدة وفقط عندما لم يكن هناك تثبيت آخر أمامهكان هناك تركيب مماثل خلف تجربة LSD - كاشف LVD (كاشف الحجم الكبير) ، الموجود في القاعة بجانب مختبر Borexino تحت الأرض في Gran Sasso في جبال Apennines الإيطالية. كانت تحتوي على حوالي 1000 طن من نفس التلألؤ ونفس كمية الحديد التي تحملها الوحدات الحاملة ويمكن أن تسجل بنجاح ما يصل إلى 1000 حدث نيوترينو خالص في حالة تفشي Supernova في وسط مجرتنا. للأسف ، هذه الظاهرة نادرة للغاية ، وعلى مدار سنوات من عملها (في عام 2001 تم بناؤها بالكامل ، ولكن الملاحظات بدأت قبل عدة سنوات) حتى يومنا هذا لم يكن محظوظًا. لقد كتبت عن ذلك في المضارع الماضي ، لأنه لسوء الحظ ، سيتم التخطيط لإيقاف تشغيله في العام المقبل. ربما ستفقد البشرية الفرصة إلى الأبد لحل أحد ألغاز الكون.
لكن ما زلت أؤمن بالأفضل.