Les supernovae sont les bombes nucléaires les plus répandues et les plus puissantes de la nature. Et ce sont également quelques-uns des phénomènes les plus utiles pour la physique des particules et l'astrophysique.
Dans les supernovae, où le noyau s'effondre, une énorme quantité de protons par l'absorption d'électrons se transforme en neutrons, avec la libération subséquente de neutrinos. La mise en œuvre de ce processus est l'un des rôles les plus importants de la faible interaction nucléaire dans la nature. D'une manière ou d'une autre - les scientifiques travaillent toujours sur cette question - les ondes de choc qui en résultent (peut-être nous aident-elles toujours avec une force inconnue?) Déchirent l'étoile.
L'un des événements les plus passionnants de l'histoire de l'astronomie a été l'
explosion d'une étoile bleue géante dans notre plus grande galaxie satellite, le Grand Nuage de Magellan, qui s'est produite en 1987. Cette tache lumineuse est facile à voir au sud de l'équateur. Les astronomes qui ont regardé le ciel à l'œil nu en février 1987 ont vu une étoile dans le nuage qui n'aurait pas dû être là. Cette simple observation a donné lieu à la plus grande vague d'activité astronomique qui a balayé la moitié sud de la Terre, car chaque astronome qui avait de telles opportunités était pressé de profiter de cet événement unique dans sa vie.
La supernova brille si fortement que sa lumière peut temporairement dépasser la lueur de toute la galaxie qui la contient. Cependant, seule une petite partie de son énergie est émise sous forme de lumière, ou sous forme d'autres formes d'énergie, qui finissent par se transformer en lumière. La plupart de l'énergie de la supernova se précipite sous la forme invisible des neutrinos susmentionnés.
Voici quelques chiffres impressionnants tirés du
site de formation de Stephen Myers, astronome à l'Observatoire national de radioastronomie de Socorro (Nouveau-Mexique).
Presque toute l'énergie de la supernova de 1987 a été convertie en neutrinos légers à faible interaction. À la suite de l'effondrement du noyau, 10 58 neutrinos ont été créés. Le 24 février 1987, environ 10 13 neutrinos avec cette supernova ont traversé votre corps! Des corps de l'ordre d'un million de personnes sur Terre ont interagi avec ces neutrinos, bien que, bien sûr, sans aucune conséquence.
Oui, c'est vrai - 10 billions de neutrinos ont traversé votre corps, résultant de l'explosion d'une étoile située à 160 000 années-lumière - plusieurs fois plus loin que le centre de la Voie lactée. Quel univers incroyable nous avons.
Des milliers de billions de neutrinos ont traversé plusieurs détecteurs de neutrinos, et parmi ceux-ci, seuls quelques dizaines ont réagi avec quoi que ce soit. Ces collisions ont été enregistrées en 13 secondes. À ce moment, personne n'a été particulièrement attentif à cet événement, mais après que la supernova a été remarquée, les expérimentateurs sont revenus sur les données et ont trouvé ce barrage de neutrinos dans les données. Cela s'est produit environ 20 heures avant la première observation d'une étoile inattendue dans le Grand Nuage de Magellan. Cette découverte a été la naissance de l'astronomie des neutrinos, qui est aujourd'hui un domaine de recherche actif.
L'étude de vieilles photographies a conduit à la découverte de l'une d'entre elles, dans laquelle une lumière de supernova est visible, enregistrée seulement 3 heures après l'arrivée des neutrinos sur Terre. Étant donné que l'onde de choc de la supernova devait se glisser à l'intérieur de l'étoile qui explose avant que les fragments puissent commencer à briller, et que les neutrinos générés par l'explosion pouvaient pénétrer instantanément les couches de l'étoile, le délai entre l'arrivée du neutrino et l'arrivée de la lumière était à prévoir.
Cette histoire est merveilleuse et intéressante, mais pourquoi en ai-je parlé? Il y a deux raisons à cela.
Premièrement, récemment [l'article original est daté de 2011 - env. Nous avons trouvé une supernova relativement proche, qui était d'un grand intérêt pour les astronomes. Mais la presse a montré un manque de compréhension de l'échelle.
- De nombreux titres ont écrit sur "La supernova la plus brillante en 40 ans ", " La supernova la plus jeune et la plus proche depuis des décennies ". Je ne pense pas que pour calculer le temps qui s'est écoulé depuis la supernova de 1987, il faut un diplôme en physique.
- Cette supernova est située à 20 millions d'années-lumière - plus de 100 fois plus loin que la supernova de 1987.
- Les amoureux peuvent voir cette supernova, mais seulement avec un très bon télescope ou de très bonnes jumelles dans l'obscurité la nuit - l'œil nu ne suffira pas. La supernova de 1987 était suffisamment brillante pour être vue à l'œil nu.
Pourquoi avez-vous eu de telles incohérences? Les supernovae sont de plusieurs types. En 1987, nous avons vu une supernova de type II dans laquelle le noyau de l'étoile s'effondre et les protons, comme décrit ci-dessus, se transforment en neutrons, avec l'émission de neutrinos. Et la supernova récente
appartient au type Ia , qui explose d'une autre manière qui n'est pas encore complètement comprise. Les supernovae Ia sont extrêmement importantes pour l'astronomie - elles montrent une grande régularité qui peut être utilisée pour mesurer la distance qui les sépare de la Terre. Ce fait a joué un rôle central dans la découverte que la constante cosmologique de l'Univers, parfois appelée «énergie noire», n'est pas nulle. Par conséquent, les astronomes sont très heureux de pouvoir enquêter sur une supernova de type Ia dans tous les détails et à l'aide d'un équipement moderne - en particulier celui qui a été découvert peu de temps après l'explosion.
En général, c'est la plus brillante et la plus proche et la plus utile pour la supernova scientifique de type Ia depuis plusieurs décennies (nous ne considérons pas la supernova de 1986, qui était difficile à voir et à étudier) - bien qu'elle ne soit pas du tout aussi brillante ou proche que la supernova de 1987. II.
Deuxièmement, il y avait des rumeurs dans la blogosphère selon lesquelles les neutrinos se déplaçaient plus vite que la vitesse de la lumière [ils ont ensuite été réfutés en découvrant une erreur expérimentale - env. trad.]. Un faisceau de neutrinos de haute énergie provenant du laboratoire du CERN serait arrivé au laboratoire italien du Gran Sasso plus tôt que prévu - cela a été observé dans l'expérience OPERA,
Mais ces déclarations doivent être traitées avec une bonne part de scepticisme. Cela découle notamment des observations de la supernova de 1987.
Comme je l'ai déjà dit, tous les neutrinos de la supernova de 1987 sont arrivés sur Terre dans un intervalle de 13 secondes, puis presque trois heures plus tard, la lumière de la supernova est venue pour eux. Ce retard s'est avéré à peu près égal aux prévisions. De telles coïncidences indiquent clairement en faveur du fait que les neutrinos ne se déplaçaient ni beaucoup plus lentement ni plus vite que la lumière - ils se déplaçaient à peu près à la même vitesse. Pensez-y: ces neutrinos ont volé 168 000 ans, environ 5 000 milliards de secondes, et sont arrivés sur Terre avec un écart ne dépassant pas 13 secondes les uns des autres et 3 heures (10 000 secondes) avant la lumière. Si les neutrinos se déplaçaient un millionième plus vite que la lumière, ils seraient arrivés plusieurs mois avant la lumière. Si un millionième des plus lents - ils seraient arrivés quelques mois après la lumière. Et si les neutrinos différaient d'un milliardième de vitesse, ils arriveraient avec un écart non pas en 13 secondes, mais en heures.
En bref, ces données indiquent que les neutrinos ont voyagé avec la vitesse de la lumière avec une précision extrêmement élevée - jusqu'à plusieurs parties par milliard.
Pour mesurer l'effet d'une différence de plusieurs parties par milliard sur la vitesse des neutrinos voyageant du CERN au Gran Sasso - une distance de 730 km que la lumière peut parcourir en 1/400 seconde, il serait nécessaire de mesurer le temps de trajet des neutrinos avec une précision d'une fraction de nanoseconde (un milliardième de seconde). Il est très difficile de mesurer le temps avec plus de précision que les nanosecondes; la coordination de montres situées à 730 km l'une de l'autre serait une réussite en soi. Dans les expériences physiques, la mesure des picosecondes (un billionième de seconde) est effectuée très rarement - un intervalle typique pour les expériences sur le LHC est de 100 picosecondes ou plus.