Las supernovas son las bombas nucleares más potentes y extendidas de la naturaleza. Y también estos son algunos de los fenómenos más útiles para la física de partículas y la astrofísica.
En las supernovas, en las que el núcleo se colapsa, una gran cantidad de protones a través de la absorción de electrones se convierte en neutrones, con la posterior liberación de neutrinos. La implementación de este proceso es uno de los roles más importantes de la interacción nuclear débil en la naturaleza. De alguna manera, los científicos todavía están trabajando en este tema, las ondas de choque resultantes (¿tal vez todavía nos están ayudando con una fuerza desconocida?) Están desgarrando la estrella.
Uno de los eventos más emocionantes en la historia de la astronomía fue la
explosión de una estrella azul gigante en nuestra galaxia satélite más grande, la Gran Nube de Magallanes, que ocurrió en 1987. Este punto brillante es fácil de ver al sur del ecuador. Los astrónomos que miraron el cielo a simple vista en febrero de 1987 vieron una estrella en la Nube que no debería haber estado allí. Esta simple observación dio lugar a la mayor ola de actividad astronómica que se extendió por la mitad sur de la Tierra, ya que cada astrónomo que tenía esas oportunidades tenía prisa por aprovechar este evento único en la vida.
La supernova brilla tanto que su luz puede superar temporalmente el brillo de toda la galaxia que la contiene. Sin embargo, solo una pequeña parte de su energía se emite en forma de luz, o en forma de otras formas de energía, que eventualmente se convierten en luz. La mayor parte de la energía de la supernova se precipita en la forma invisible de los neutrinos mencionados anteriormente.
Aquí hay algunos números impresionantes tomados del
sitio de capacitación de Stephen Myers, un astrónomo del Observatorio Nacional de Radioastronomía Socorro (Nuevo México).
Casi toda la energía de supernova de 1987 se convirtió en neutrinos livianos y de interacción débil. Como resultado del colapso del núcleo, se crearon 10 58 neutrinos. ¡El 24 de febrero de 1987, alrededor de 10 13 neutrinos con esta supernova pasaron por su cuerpo! Cuerpos del orden de un millón de personas en la Tierra interactuaron con estos neutrinos, aunque, por supuesto, sin ninguna consecuencia.
Sí, es cierto: 10 billones de neutrinos pasaron por su cuerpo, como resultado de la explosión de una estrella ubicada a 160,000 años luz, varias veces más lejos que el centro de la Vía Láctea. Qué universo tan asombroso tenemos.
Miles de billones de neutrinos pasaron por varios detectores de neutrinos, y de estos, solo un par de docenas reaccionaron con algo. Estas colisiones se registraron en 13 segundos. En este momento, nadie estaba particularmente atento a este evento, pero después de que se notó la supernova, los experimentadores volvieron a los datos y encontraron este aluvión de neutrinos en los datos. Sucedió aproximadamente 20 horas antes de la primera observación de una estrella inesperada en la Gran Nube de Magallanes. Este descubrimiento fue el nacimiento de la astronomía de neutrinos, que hoy es un campo de investigación activo.
El estudio de fotografías antiguas condujo al descubrimiento de una de ellas, en la que la luz de la supernova es visible, registrada solo 3 horas después de la llegada de los neutrinos a la Tierra. Dado que la onda de choque de la supernova tuvo que arrastrarse dentro de la estrella en explosión antes de que los fragmentos pudieran comenzar a brillar, y los neutrinos generados por la explosión pudieran penetrar instantáneamente en las capas de la estrella, era de esperar el retraso entre la llegada del neutrino y la llegada de la luz.
Esta historia es maravillosa e interesante, pero ¿por qué hablé de ella? Hay dos razones para esto.
En primer lugar, recientemente [el artículo original está fechado en 2011 - aprox. transl.] encontramos una supernova relativamente cercana, que fue de gran interés para los astrónomos. Pero la prensa mostró una falta de comprensión de la escala.
- Muchos titulares escribieron sobre "La supernova más brillante en 40 años ", " La supernova más joven y más cercana en décadas ". No creo que para calcular el tiempo transcurrido desde la supernova de 1987, se necesite un título en física.
- Esta supernova se encuentra a 20 millones de años luz, más de 100 veces más que la supernova de 1987.
- Los amantes pueden ver esta supernova, pero solo con un muy buen telescopio o muy buenos binoculares en la oscuridad por la noche, a simple vista no será suficiente. La supernova de 1987 fue lo suficientemente brillante como para ser vista a simple vista.
¿Por qué obtuviste tales inconsistencias? Las supernovas vienen en muchos tipos. En 1987, vimos una supernova Tipo II en la cual el núcleo de la estrella se colapsa y los protones, como se describió anteriormente, se convierten en neutrones, con la emisión de neutrinos. Y la supernova reciente
pertenece al tipo Ia , que explota de otra manera que aún no se comprende completamente. Las supernovas Ia son extremadamente importantes para la astronomía: muestran una alta regularidad que se puede utilizar para medir la distancia a ellas desde la Tierra. Este hecho jugó un papel central en el descubrimiento de que la constante cosmológica del Universo, que a veces se llama "energía oscura", no es cero. Por lo tanto, los astrónomos están muy contentos de poder investigar una supernova Tipo Ia con todos los detalles y con la ayuda de equipos modernos, especialmente uno que fue descubierto poco después de la explosión.
En general, es la supernova más brillante, cercana y útil para la ciencia del tipo Ia durante varias décadas (no consideramos la supernova de 1986, que fue difícil de ver y estudiar), aunque no es tan brillante o cercana como la supernova de 1987. II
En segundo lugar, hubo rumores en la blogósfera acerca de que los neutrinos se mueven más rápido que la velocidad de la luz [luego fueron refutados al descubrir un error experimental - aprox. transl.]. Un rayo de neutrinos de alta energía del laboratorio del CERN supuestamente llegó al laboratorio italiano en Gran Sasso antes de lo esperado; esto se observó en el experimento OPERA,
Pero tales declaraciones deben tratarse con una buena dosis de escepticismo. En particular, esto se desprende de las observaciones de la supernova de 1987.
Como ya dije, todos los neutrinos de la supernova de 1987 llegaron a la Tierra en el intervalo de 13 segundos, y luego, casi tres horas después, la luz de la supernova vino a por ellos. Este retraso resultó ser aproximadamente igual al esperado. Tales coincidencias indican claramente a favor del hecho de que los neutrinos no se movían mucho más lento ni más rápido que la luz: se movían aproximadamente a la misma velocidad. Piénselo: estos neutrinos volaron 168,000 años, aproximadamente 5 billones de segundos, y llegaron a la Tierra con una dispersión de no más de 13 segundos el uno del otro, y 3 horas (10,000 segundos) antes de la luz. Si los neutrinos se movieran una millonésima más rápido que la luz, habrían llegado muchos meses antes de la luz. Si una millonésima parte de la más lenta, habrían llegado unos meses después de la luz. Y si los neutrinos difieren en una milmillonésima de velocidad, llegarían con una extensión no en 13 segundos, sino en horas.
En resumen, estos datos indican que los neutrinos viajaban con la velocidad de la luz con una precisión extremadamente alta, hasta varias partes por mil millones.
Para medir el efecto de una diferencia de varias partes por mil millones en la velocidad de los neutrinos que viajan del CERN a Gran Sasso, una distancia de 730 km que la luz puede viajar en 1/400 segundos, sería necesario medir el tiempo de viaje del neutrino con una precisión de una fracción de un nanosegundo (uno billonésima de segundo). Es muy difícil medir el tiempo con mayor precisión que los nanosegundos; La coordinación de los relojes ubicados a 730 km de distancia sería un logro en sí mismo. En experimentos físicos, la medición de picosegundos (una billonésima de segundo) se realiza muy raramente; un intervalo típico para experimentos en el LHC es de 100 picosegundos o más.