En nyligen genomförd studie på pre-supernova-neutriner – små kosmiska partiklar som är extremt svåra att upptäcka – har fört forskare ett steg närmare att förstå vad som händer med stjärnor innan de exploderar och dör. Studien, medförfattare av postdoktorn Ryosuke Hirai från ARC Center of Excellence for Gravitational Wave Discovery (OzGrav) vid Monash University undersökte stellar evolutionsmodeller för att testa osäkra förutsägelser.

När en stjärna dör, den avger ett stort antal neutriner som tros driva den resulterande supernovaexplosionen. Neutrinonerna flödar fritt genom och ut ur stjärnan innan explosionen når stjärnans yta. Forskare kan sedan upptäcka neutriner innan supernovan inträffar; faktiskt, några dussin neutriner upptäcktes från en supernova som exploderade 1987, flera timmar innan explosionen sågs i ljus.

Nästa generation neutrinodetektorer förväntas detektera cirka 50, 000 neutrinos från en liknande sorts supernova. Tekniken har blivit så kraftfull att forskare förutspår att de kommer att upptäcka de svaga neutrinosignalerna som kommer ut dagar före explosionen; som en sorts supernovaprognos, det kommer att ge astronomer en heads-up för att fånga det första ljuset från en supernova. Det är också ett av de enda sätten att direkt extrahera information från en stjärnas kärna - liknande en röntgenbild av din kropp, förutom att det är för stjärnor. Men en röntgenbild är meningslös om du inte vet vad du tittar på.

Även om det finns en allmän förståelse för hur en massiv stjärna utvecklas och exploderar, Forskarna är fortfarande osäkra på hur det skulle gå till supernovaexplosionen. Många fysiker har försökt modellera dessa slutfaser, men resultaten verkar slumpmässiga; det finns inget sätt att bekräfta om de är korrekta. Eftersom detektioner av neutrino före supernova gör det möjligt för forskare att bättre bedöma dessa modeller, ett team av OzGrav-forskare undersökte de sena stadierna av stjärnutvecklingsmodeller och deras relevans för pre-supernova neutrinouppskattningar.

OzGrav-forskaren och medförfattaren Ryosuke Hirai säger, "Detta kommer att hjälpa oss att få ut det mesta av informationen från framtida upptäckter av neutrino före supernova. I denna första studie, vi utforskade osäkerheten hos en enda stjärna som är 15 gånger solens massa. Neutrinonemissionen som beräknades från dessa stjärnmodeller skilde sig mycket i neutrinoljusstyrkan. Detta betyder att pre-supernova neutrinouppskattningar är mycket känsliga för dessa små detaljer i stjärnmodellen."

Studien avslöjade den betydande osäkerheten i pre-supernova neutrino förutsägelser, samt förhållandet mellan neutrinodragen och stjärnans egenskaper.

"Nästa supernova i vår galax kan hända vilken dag som helst, och forskare ser fram emot att upptäcka pre-supernova neutriner, men vi vet fortfarande inte vad vi kan lära oss av det. Denna studie beskriver de första stegen för hur man tolkar data. Så småningom, vi kommer att kunna använda pre-supernova neutrinos för att förstå avgörande delar av massiv stjärnevolution och supernovas explosionsmekanism."