SNEWS не упустит нейтрино от сверхновых

Согласно расчетам астрономов, каждые несколько десятилетий в галактиках, аналогичных нашему Млечному Пути, происходит явление, известное как взрыв сверхновой. Такие взрывы являются кульминационным моментом неудержимого сжатия (коллапса) звезды в финале ее эволюции и образования нейтронной звезды или черной дыры. Тем не менее, результаты наблюдений противоречат фактам — последний раз сверхновая в нашей Галактике взрывалась только в 1604 году. Все известные к настоящему времени сведения об этих экзотических объектах получены на основании наблюдений вспышек сверхновых в иных галактиках. Кроме того, непредсказуемость подобных взрывов не позволяет астрономам провести наблюдения ранних этапов взрыва сверхновых.

Тем не менее, возможность получить заблаговременное предупреждение о подобном взрыве у ученых есть. Известно, что гравитационный коллапс сопровождается интенсивным нейтринным излучением. Поэтому одним из методов, который позволит заранее распознать предстоящий коллапс звезды, является регистрация высокоэнергетичных потоков нейтрино и антинейтрино — электрически нейтральных частиц с нулевой или близкой к нулю массой покоя, которые образуются во время взрыва сверхновой и уносят с собой значительную долю энергии. Нейтрино практически не взаимодействует с материей и свободно преодолевает плотные центральной области коллапсирующей звезды, где активно происходит реакция нейтронизации водорода или элементов так называемого «железного пика» — захват электрона ядрами и протонами с последующим образованием нейтрона и нейтрино. Однако нейтрино, испускаемые при взрывах сверхновых, имеют большую энергию, а главное — сопровождаются антинейтрино, образующимися в результате позитронного захвата и более «удобными» для регистрации. При взаимодействии с протонами они образуют позитроны (обратный бета-распад), при прохождении которых в жидком сцинтилляционном детекторе образуются фотоны, регистрируемые фотоумножителями. Детекторы космических нейтрино представляют собой огромные резервуары с жидкими сцинтилляторами и располагаются глубоко под землей, что позволяет снизить паразитный фон от космических лучей до приемлемых для регистрации нейтрино величин.

Особенность нейтринного излучения при коллапсах состоит в том, что приблизительно половина всего количества нейтрино испускается на протяжении очень короткого интервала времени — от 10 до 30 секунд. Но самое главное — нейтрино предваряют максимум вспышки, наблюдаемый с помощью детекторов электромагнитных излучений, таких как оптические и радиотелескопы. И хотя разница составляет всего лишь несколько часов или суток, этого достаточно, чтобы получить бесценную информацию о ранних этапах развития взрыва.

Впервые нейтрино от взрывающихся звезд были зарегистрированы около 20 лет назад в процессе наблюдений знаменитой сверхновой SN 1987A в Большом Магеллановом Облаке, одной из ближайших к нам галактик. Два наиболее чувствительных к тому времени детектора зафиксировали в общей сложности только 20 нейтрино. Однако и этого оказалось достаточно для того, чтобы дать обширный материал для уточнения теории коллапса ядер звезд. Как сообщает Astronomy.com, совсем недавно было решено объединить самые крупные детекторы нейтрино на четырех континентах (Super-Kamiokande в Японии, Sudbury Neutrino Observatory в Канаде, Large Volume Detector в Италии и Antarctic Muon and Neutrino Detector на Южном полюсе Земли) в  сеть, получившую название SNEWS (SuperNova Early Warning System). Результаты круглосуточного мониторинга направляются на центральный компьютер, расположенный в Брукхевенской национальной лаборатории в США. Цель эксперимента — впервые дать заблаговременный и, главное, достоверный прогноз вспышек сверхновых в нашей Галактике. Благодаря тому, что все четыре детектора зарегистрируют нейтринный импульс одновременно, анализ характера излучения в режиме реального времени исключает возможность ложного прогноза.

Возможно, глобальная система слежения за нейтрино позволит разрешить загадку необъяснимо низкой частоты появления сверхновых в нашей Галактике. Существует предположение, что в некоторых случаях, когда в результате коллапса образуется не нейтронная звезда, а черная дыра, видимая вспышка не наблюдается по той причине, что поле тяготения черной дыры становится столь сильным, что «запирает» излучение. Предполагается, что  подобные процессы в Галактике могут происходить на порядок чаще, приблизительно раз в год. Уникальность системы прогноза SNEWS состоит в том, что она способна зарегистрировать абсолютно все — как видимые, так и невидимые — явления коллапса звезд в нашей Галактике.