¿Qué tecnologías y ciencias se necesitan para detectar una estrella que se convierte en supernova?

Cuando las personas piensan en supernovas, a menudo solo piensan en la luz visible emitida durante y después de la explosión. Sin embargo, si se limita a observar en la parte óptica del espectro electromagnético, perderá mucha información. Hay algunos mensajeros astronómicos diferentes que los científicos pueden usar para estudiar una supernova.

Años de antelación

En las etapas finales de sus vidas, las estrellas masivas tienden a exhibir un comportamiento violento, como episodios caóticos de pérdida de masa. Las etapas finales de la fusión (neón, oxígeno y luego silicio) tardan años o días en ocurrir, en comparación con los miles de millones de años durante los cuales el Sol fusiona hidrógeno. Varios mecanismos en estas últimas etapas podrían conducir a eventos de pérdida masiva. Estos serían detectables en las bandas óptica e infrarroja, apareciendo tan atenuados como el polvo expulsado envuelve a la estrella.

Esta fue una de las razones por las que se pensó brevemente que Betelgeuse podría estar en sus últimos meses de vida cuando comenzó a oscurecerse el otoño pasado. Si bien es probable que la atenuación se deba a un evento importante de pérdida de masa, no se debe necesariamente a uno de esos mecanismos de etapa súper tardía. En otras palabras, un solo gran evento de pérdida de masa no es evidencia de una supernova, pero un período sostenido de actividad podría mover la cabeza de manera indicativa.

Días a horas antes

En las horas o días antes de una supernova, la estrella progenitora libera una avalancha de neutrinos que transportan mucha energía. Este estallido es detectable y se observa antes de que la luz de la supernova real llegue al observador porque es mucho antes. Observamos la emisión de neutrinos de SN 1987A dos o tres horas antes de que su luz llegara a la Tierra.

Los neutrinos son bastante difíciles de detectar, ya que no interactúan fuertemente con la materia. Incluso desde SN 1987A, solo detectamos un puñado. Para maximizar sus probabilidades de detectar cualquiera de ellos, necesitaría algo como el Sistema de Alerta Temprana Supernova , una pequeña red de detectores de neutrinos, todos trabajando juntos. Incluye el Super-Kamiokande en Japón y el Ice Cube en la Antártida.

Los neutrinos pueden ser letales en grandes dosis , por lo que estos neutrinos podrían servir como una señal de advertencia adecuada solo si está lo suficientemente lejos de la supernova; de lo contrario, ¡simplemente moriría! Según XKCD, querrías estar al menos a unas pocas unidades astronómicas de distancia para sobrevivir a los neutrinos, pero luego, por supuesto, la explosión real te mataría unas horas más tarde.

Durante el evento

Puede que le sorprenda saber que las supernovas asimétricas pueden producir ondas gravitacionales ( Ott et al. 2003 ). Hay dos formas posibles de la señal de onda gravitacional:

1. Un pico agudo seguido de oscilaciones de alta frecuencia, causado por una estrella progenitora de rotación lenta.

2. Oscilantes "rebotes" de la amplitud causados ​​por expansiones y contracciones.

Se espera que las ondas de tipo 1 sean más fuertes, pero parece que ambos tipos deberían ser detectables por interferómetros como LIGO y Virgo, suponiendo que las fuentes estén dentro de la Vía Láctea. Somos afortunados; sus frecuencias máximas se encuentran en el medio del rango de frecuencia de estos instrumentos. Con tensiones máximas de$h\sim10^{-21}$para fuentes$\sim10\text{ kpc}$de distancia, podrían detectarse supernovas al otro lado de la galaxia. Dado que la tensión aumenta inversamente con la distancia, la tensión de las ondas de una fuente más cercana sería aún mayor.

Días, semanas y meses después

Durante la explosión, y en las semanas y meses posteriores, una supernova emitirá luz visible, proveniente de fragmentos radiactivos calientes de eyección que se mueven por el espacio. Los astrónomos pueden estudiar la curva de luz del evento para obtener información sobre la estrella progenitora y la naturaleza de la explosión. Las curvas de luz de las supernovas generalmente aumentan rápidamente y luego se desvanecen con el tiempo. Los científicos pueden averiguar qué tipo de supernova es una supernova observando las propiedades morfológicas de la curva de luz.

Lo interesante, por supuesto, es que una supernova tarda un tiempo en alcanzar el brillo máximo, tal vez de unos días a un par de semanas. Es posible que la supernova solo resulte peligrosa en o cerca de ese brillo máximo, por lo que el aumento inicial en la luminosidad podría ser una señal de advertencia suficiente sin ser mortal.

^{Imagen cortesía del usuario de Wikipedia Lithopsian.}

Para medir con precisión las curvas de luz de una supernova, necesitará telescopios suficientemente avanzados que trabajen en un rango de longitudes de onda. La luz ultravioleta, infrarroja y visual son su mejor opción, y tenemos muchos telescopios que estudian el universo en una o más de estas longitudes de onda.

Por un lado, ese sería el "método científico" para adquirir conocimiento e investigar fenómenos basados ​​​​en la observación empírica y evidencia medible, por así decirlo objetivo en lugar de subjetivo.

Aparte de eso, votaría firmemente por una comprensión teórica profunda del funcionamiento interno de una estrella (eso es física ) y para detectar los cambios en su estrella, obviamente. Instrumentos ópticos (es decir, óptica y las cadenas tecnológicas asociadas de fabricación de vidrio, fabricación de elementos ópticos, por ejemplo, esmerilado y pulido de lentes, así como fabricación mecánica fina para la fabricación de sus instrumentos). La idea de la espectroscopia sería útil para medir los cambios en las longitudes de onda de emisión de la estrella con respecto a sus ciclos de vida. La evidencia mensurable de supernova en marcha además de los espectros de emisión es, por supuesto, el brillo de la estrella, su magnitud astronómica. Para medir eso empíricamente es recomendable haber tenido fotografíainventado (que es más fácil que inventar un fotómetro electrónico).

La mayor parte de ese hardware debería haber estado disponible en, digamos, ~1850. Aunque ese tiempo carece de la comprensión de los procesos de fusión dentro de la estrella, algo vital para la comprensión de una supernova.

También es más que digno de mención que convertirse en supernova no es exactamente algo que sucede en poco tiempo. Estamos hablando de cientos de miles, si no millones de años (cuanto más pesada es la estrella, más rápido vive) desde cambios notables hasta supernova. Es decir: mucho tiempo para descubrir los vuelos espaciales y largarnos de ahí.

La respuesta de Ghanima establece el punto fundamental de que se requiere conocimiento teórico antes de que se desarrolle la tecnología necesaria. La respuesta de HDE226868 es un excelente resumen del proceso.

Hay un problema con la idea de que una estrella local se convierta en supernova. Un evento de supernova requiere una cantidad considerable de masa. Además, la vida de una estrella está determinada por su masa. Aquí hay una tabla que resume la relación entre la masa estelar y la vida estelar:

La teoría sugiere que la masa mínima para una pequeña supernova es de aproximadamente 1,44 masas solares. Una supernova que colapsa el núcleo requiere de 8 a 9 masas solares.

Entonces, una supernova mínima resultaría de una estrella con una vida útil esperada de alrededor de 3 mil millones de años. Considere que nuestro sol tiene 4.500 millones de años y que la vida inteligente ha tardado ese tiempo en evolucionar aquí en la tierra. Esto parecería implicar que se produciría una supernova antes de que pudiera evolucionar la vida inteligente.

Por otro lado, no es necesario que ocurra una supernova en la estrella de origen de uno para tener efectos catastróficos. Cualquier estrella y sus planetas en el grupo estelar local sufrirían una catástrofe.