Endast en gång tidigare har forskarna upptäckt de neutriner som avges av en supernova: Under SN 1987A (ljusa stjärnan i mitten) upptäckte detektorerna endast omkring två dussin neutrinointeraktioner. Den exploderande stjärnan befann sig i det stora magellanska molnet, 240 gånger mer avlägset från jorden än Betelguese. Foto: DUNE:s fjärrdetektor – en enorm tank med flytande argon vid Sanford Underground Research Facility i South Dakota – kommer att fånga upp signaler från neutriner som sänds från Fermilab och neutriner som kommer från rymden. Eftersom en supernova avger neutriner jämnt i alla riktningar minskar antalet neutriner som DUNE skulle kunna upptäcka med kvadraten på avståndet mellan supernovan och jorden. Det vill säga, antalet neutriner som skulle kunna upptäckas 10 000 ljusår bort från en supernova är 100 gånger mindre än antalet som skulle kunna upptäckas från en lika kraftfull supernova 1 000 ljusår bort.

Om en supernova inträffar i mitten av vår galax, tiotusentals ljusår bort, kommer DUNE av den här anledningen sannolikt att upptäcka ett par tusen neutriner. På grund av Betelgeuses relativa närhet förväntar sig dock forskarna att DUNE kommer att upptäcka omkring en miljon neutriner om den röda superjätten exploderar under de kommande decennierna, vilket skulle ge en uppsjö av data.

Och även om ljuset från Betelgeuses supernova skulle dröja kvar i flera veckor, skulle neutrinoutbrottet bara pågå i några minuter.

”Föreställ dig att du är i skogen och det finns en äng med eldflugor, och det är den tid på natten då tusentals eldflugor kommer ut”, säger Georgia Karagiorgi, fysiker vid Columbia University som leder dataurvalsteamet vid DUNE. ”Om vi kunde se neutrinointeraktioner med våra blotta ögon är det ungefär så det skulle se ut i DUNE-detektorn.”

Detektorn kommer inte att fotografera inkommande neutriner direkt. Den kommer snarare att följa banorna för de laddade partiklar som genereras när neutrinerna interagerar med argonatomer. I de flesta experiment kommer neutrinointeraktionerna att vara tillräckligt sällsynta för att undvika förvirring om vilken neutrino som orsakade vilken interaktion och vid vilken tidpunkt. Men under Betelgeuse-supernovan kunde så många neutriner som anlände så snabbt utgöra en utmaning i dataanalysen – ungefär som att spåra en enda eldfluga på en äng som vimlar av insekter.

”För att undanröja tvetydigheter förlitar vi oss på ljusinformation som vi får snabbt så snart interaktionen äger rum”, säger Karagiorgi. Genom att kombinera ljussignaturen och laddningssignaturen skulle forskarna kunna särskilja när och var varje neutrinointeraktion äger rum.

Därifrån skulle forskarna kunna rekonstruera hur typerna, eller smakerna, och energierna hos de inkommande neutrinerna varierade med tiden. Det resulterande mönstret skulle sedan kunna jämföras med teoretiska modeller av dynamiken i supernovor. Och det skulle kunna kasta ljus över de ännu okända massorna hos neutriner eller avslöja nya sätt som neutriner interagerar med varandra.

Självklart är de astronomer som hoppas att Betelgeuse ska gå i supernova också intresserade av det ljus som genereras av stjärnans explosion. När DUNE är klar kommer den att ansluta sig till Supernova Early Warning System, eller SNEWS, ett nätverk av neutrinodetektorer runt om i världen som är utformat för att automatiskt sända en varning när en supernova är på gång i vår galax. Eftersom neutriner passerar igenom en supernova obehindrat, medan ljuspartiklar ständigt absorberas och återutsänds tills de når ytan, når neutrinobursten jorden flera timmar innan ljuset gör det – därav den tidiga varningen.

SNEWS har aldrig skickat ut en varning. Även om hundratals supernovor observeras varje år, inträffade den senaste supernovan som befann sig tillräckligt nära jorden för att dess neutriner skulle kunna upptäckas 1987, mer än ett decennium innan SNEWS kom igång. Baserat på andra observationer förväntar sig astronomer att en supernova kommer att inträffa i vår galax i genomsnitt flera gånger per århundrade.

”Om vi kör DUNE några decennier har vi ganska goda chanser att se en supernova, och vi skulle kunna få ut en hel del vetenskaplig information ur den”, säger Alec Habig, fysiker vid University of Minnesota, Duluth, som koordinerar SNEWS och är involverad i datainsamlingen på DUNE. ”Så låt oss se till att vi kan göra det.”

Med tanke på den röda superjättens enorma radie, sade Habig, skulle DUNE upptäcka neutriner från Betelgeuse upp till 12 timmar innan ljuset från explosionen når jorden, vilket ger astronomer gott om tid att rikta sina teleskop mot Orions axel.

Fortsatta observationer av Betelgeuse tyder på att dess nyligen inträffade dimmning var ett tecken på dess naturliga variabilitet, inte en förestående supernova. Enligt nuvarande beräkningar har stjärnan upp till 100 000 år kvar att leva.

Men om forskarna har tur skulle ”en explosion i Betelgeuse vara en fantastisk möjlighet”, säger McDermott, ”och DUNE skulle vara en otrolig maskin för uppgiften.”

Lär dig mer om DUNE.

Fermilabs astrofysiska forskning och Deep Underground Neutrino Experiment stöds av energidepartementets Office of Science.

Fermilab stöds av Office of Science vid det amerikanska energidepartementet. Office of Science är det största enskilda stödet till grundforskning inom fysikaliska vetenskaper i USA och arbetar för att ta itu med några av vår tids mest brådskande utmaningar. Mer information finns på science.energy.gov.

.