Es ist eine ernüchternde Aussage, dass Sterne wie die Sonne, genauer gesagt alle Sterne, irgendwann sterben werden – ja, sogar die Sonne. Aber keine Panik, wir haben noch ein paar Milliarden Jahre vor uns, also kommen Sie zum Ende dieses Artikels. Die massereicheren Sterne sterben bei den dramatischen Supernovae-Explosionen und wenn sie es tun, schicken sie einen Ausbruch von Neutrinos durch das Universum. Astronomen halten es nun für wahrscheinlich, dass es im gesamten Kosmos einen Hintergrund von Neutrinos gibt und dass wir eines Tages in der Lage sein werden, die historische Verteilung von Supernova-Explosionen zu kartieren, möglicherweise sogar bis 2035.
Der Tod von Sternen kann mit Luftpolsterfolie verglichen werden; Einige machen enttäuschenderweise einfach „pffft“ – wie Sterne mit geringerer Masse wie unsere Sonne –, während andere ein klares, zufriedenstellendes Knallen von sich geben – wie die Sterne, die mehr als das Achtfache der Sonnenmasse haben. Wenn diese riesigen Sterne platzen, ist das tatsächlich ein faszinierender Vorgang für sich. Die Kräfte im Inneren eines Sterns sind während des größten Teils seines Lebens im Gleichgewicht, wobei die nach innen ziehende Schwerkraft durch die nach außen drückende thermonukleare Kraft ausgeglichen wird – das Ergebnis der Kernfusion im Kern des Sterns.
Massive Sterne zerplatzen, weil sie am Ende ihres Lebens normalerweise ein Stadium erreichen, in dem der Kern reich an Eisen ist und das verschmelzende Eisen keine Energie produziert, sondern diese absorbiert. Bei einem Eisenkern hört die thermonukleare Kraft auf und der Kern kollabiert, was zu einer massiven Supernova-Explosion führt. Jedes Mal, wenn Atome auseinanderbrechen oder verschmelzen, emittieren sie Neutrinos. Sogar einfache Früchte wie Bananen produzieren sie aus der natürlichen Radioaktivität im Kalium.
Das Gleiche gilt für Supernova-Explosionen. Wenn sie auftreten, werden Ausbrüche oder Neutrinos in der Größenordnung von 1058 über das Universum gestreut. Im Laufe der Geschichte des Universums wurden Neutrinos über den gesamten Weltraum gestreut und gehören heute zu den am häufigsten vorkommenden Teilchen mit Masse im gesamten Universum. Sie sind so reichlich vorhanden, dass jede Sekunde eine Billion Neutrinoteilchen durch unseren Körper strömen.
Es ist schwer zu sagen, wie viele Sterne seit dem Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren zur Supernova geworden sind, aber es ist durchaus möglich, dass die Untersuchung des Hintergrundrauschens von Neutrinos, des sogenannten diffusen Supernova-Neutrino-Hintergrunds (DSNB), die Antwort liefern könnte. Der DSNB wurde noch nicht entdeckt, aber wenn wir ihn entdecken können, können wir möglicherweise die historische Kernkollapsrate seit Anbeginn der Zeit bestimmen.
Dieses faszinierende Konzept wird mit einer Reihe bestehender und künftiger Instrumente erforscht, insbesondere mit dem Jiangmen Underground Neutrino Observatory (JUNO), das 2023 mit der Datenerfassung beginnen wird, und dem Neutrinodetektor Super Kwmiokande in Japan, der in den vergangenen Jahren Daten gesammelt hat acht Jahre. Diese und andere Instrumente untersuchen den DSNB und verfeinern die Modelle.
Das Team (Nick Ekanger, Shunsaku Horiuchi, Hiroki Nagakura und Samantha Reitz) nutzte die von diesen und anderen Instrumenten verfügbaren Daten, um die Schätzungen des DSNB zu verfeinern und daraus zu schließen, dass er nachweisbar sein sollte, und kam zu dem Schluss, dass dies möglich ist ihr Papier gepostet an die arXiv Preprint-Server. Obwohl es noch nicht entdeckt wurde, ist es eine aufregende Aussicht, dass wir innerhalb des nächsten Jahrzehnts möglicherweise in der Lage sein werden, aus den Beobachtungen die Häufigkeit von Supernova-Explosionen im Laufe der Entwicklung des Universums abzuleiten.
Mehr Informationen:
Nick Ekanger et al., Diffuse Supernova-Neutrino-Hintergrund mit aktuellen Sternentstehungsratenmessungen und mehrdimensionalen Supernova-Langzeitsimulationen, arXiv (2023). DOI: 10.48550/arxiv.2310.15254