Een recent onderzoek naar pre-supernova-neutrino's - minuscule kosmische deeltjes die buitengewoon moeilijk te detecteren zijn - heeft wetenschappers een stap dichter bij het begrip gebracht van wat er met sterren gebeurt voordat ze exploderen en sterven. De studie, co-auteur van postdoctoraal onderzoeker Ryosuke Hirai van het ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) aan de Monash University, onderzocht modellen voor stellaire evolutie om onzekere voorspellingen te testen.

Als een ster sterft, het zendt een enorm aantal neutrino's uit waarvan wordt gedacht dat ze de resulterende supernova-explosie veroorzaken. De neutrino's stromen vrij door en uit de ster voordat de explosie het oppervlak van de ster bereikt. Wetenschappers kunnen dan neutrino's detecteren voordat de supernova plaatsvindt; in feite, enkele tientallen neutrino's werden gedetecteerd van een supernova die in 1987 explodeerde, enkele uren voordat de explosie in het licht werd gezien.

De volgende generatie neutrinodetectoren zal naar verwachting ongeveer 50, 000 neutrino's van een soortgelijk soort supernova. De technologie is zo krachtig geworden dat wetenschappers voorspellen dat ze de zwakke neutrinosignalen zullen detecteren die dagen voor de explosie naar buiten komen; als een soort supernovavoorspelling, het zal astronomen een waarschuwing geven om het eerste licht van een supernova te vangen. Het is ook een van de weinige manieren om direct informatie uit de kern van een ster te halen - vergelijkbaar met een röntgenfoto van je lichaam, behalve dat het voor sterren is. Maar een röntgenfoto is zinloos tenzij je weet waar je naar kijkt.

Hoewel er een algemeen begrip is van hoe een massieve ster evolueert en explodeert, wetenschappers zijn nog steeds onzeker over de aanloop naar de supernova-explosie. Veel natuurkundigen hebben geprobeerd deze eindfasen te modelleren, maar de uitkomsten lijken willekeurig; er is geen manier om te bevestigen of ze correct zijn. Omdat pre-supernova-neutrino-detecties wetenschappers in staat stellen deze modellen beter te beoordelen, een team van OzGrav-wetenschappers onderzocht de late stadia van stellaire evolutiemodellen en hun relevantie voor pre-supernova-neutrino-schattingen.

OzGrav-onderzoeker en co-auteur Ryosuke Hirai zegt:"Dit zal ons helpen het meeste uit de informatie van toekomstige pre-supernova-neutrino-detecties te halen. In deze eerste studie, we onderzochten de onzekerheid van een enkele ster die 15 keer de massa van de zon is. De neutrino-emissie berekend op basis van deze stellaire modellen verschilde sterk in de helderheid van de neutrino's. Dit betekent dat pre-supernova neutrino-schattingen erg gevoelig zijn voor deze kleine details van het stellaire model."

De studie onthulde de aanzienlijke onzekerheid van pre-supernova neutrino-voorspellingen, evenals de relatie tussen de neutrino-kenmerken en de eigenschappen van de ster.

"De volgende supernova in onze melkweg kan elke dag plaatsvinden, en wetenschappers kijken uit naar het detecteren van pre-supernova-neutrino's, maar we weten nog steeds niet wat we ervan kunnen leren. In dit onderzoek worden de eerste stappen uiteengezet voor het interpreteren van de gegevens. Eventueel, we zullen pre-supernova-neutrino's kunnen gebruiken om cruciale onderdelen van de evolutie van massieve sterren en het supernova-explosiemechanisme te begrijpen."