En djupt underjordisk detektor kan avslöja universums supernovahistoria

När en massiv stjärna får slut på bränsle kollapsar dess kärna under tyngdkraften, vilket utlöser en kraftig och ljusstark explosion som krossar stjärnans yttre lager. Denna explosionsartade död kallas för en supernova. Det som syns i det synliga ljuset utgör dock bara ca 1% av den energi som frigörs, medan den återstående energin avges i form av neutriner.

Neutriner, även kallade spökpartiklar, är fundamentala partiklar med mycket liten massa, ingen elektrisk laddning och mycket svaga interaktioner med annan materia, vilket gör dem mycket svåra att upptäcka. De kan passera genom stjärnor, planeter, galaxer och till och med människokroppen utan att upptäckas. Neutriner kan färdas enorma sträckor utan att interagera, vilket innebär att de kan bära direkt information från kärnan i exploderande stjärnor. Att studera neutriner kan därför ge värdefull information om supernovor med kärnkollaps.

En anmärkningsvärd sak är att den kombinerade signalen från många tidigare kärnkollapssupernovor kan observeras med ökad detektorkänslighet. Signalen är känd som den diffusa supernovanutrinobakgrunden.

Super-Kamiokande är en enorm detektor som är nedgrävd under jorden i Japan. Instrumentet kan detektera dessa partiklar genom blixtar som skapas när en neutrino kolliderar med protoner eller elektroner i vattenmolekyler. Dessa blixtar detekteras av sensorerna i detektorn.

Gadolinium har lagts till i detektorn för att förbättra dess förmåga att upptäcka neutroner som produceras i neutrinointeraktioner. Forskarna tror att denna uppgradering kommer att underlätta observationen av supernovaneutriner i hela universum. En annan viktig fråga är vilken typ av objekt som lämnas kvar efter explosionen. Studiet av neutriner kan hjälpa forskarna att bättre förstå dessa resultat. Istället för att observera en enda supernova kan man studera den kollektiva historien av stjärnexplosioner.