NEUTRINOS

 

Recordando la SN 1987A despues de 23 años*

 

The 23 year reminiscence of the SN 1987A

 

 

O. Saavedra San Martin
Dipartimento di Fisica Generale. Universita di Torino and INFN Torino Italy

 

 

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Resumen

Hace veinte tres anos, el 23 de febrero de 1987, la explosión de la SN en el L.M.C. fue observada tanto en forma optica como por los detectores subterráneos. Las observaciones ópticas se realizaron con telescopios en Chile y Australia, mientras que la explosion de neutrinos fue detectada por varios experimentos subterraneos en el Hemisferio Norte, que estaban funcionando en ese momento: en el Monte Blanco en Italia, Kamioka en Japon, y Baksan en Rusia, y el IMB en los EE.UU. Esta es la primera vez en la historia de la humanidad, que un evento astrofísico fue observado por los detectores subterraneos. En este evento, el experimento del Monte Blanco detecto cinco pulsos en forma instantánea, que no eran los detectados por los otros experimentos cinco horas despues. Aún no queda claro por qué se detectaron dos explosiones en dos momentos diferentes y como una SN puede generar dos explosiones de neutrinos. Despues de 23 años, se ha propuesto un modelo con una explicación de un colapso en etapas, con dos momentos diferentes, como recientemente sugirieron V.S. Imshennik y O. Ryazhskaya. En este trabajo se presentan los detalles de algo extrano que ocurrió el 23 de febrero, mientras que la mayoría de la informacion científica ya se expuso en otros trabajos publicados.

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Abstract

Twenty three years ago on February 23, 1987, the explosion of the SN in the L.M.C. was observed both optically and by underground detectors. The optical observations were done in Chile and Australian observatories while the neutrino burst was detected by several underground experiments in the Northern Hemisphere, running at that time: Mt. Blanc in Italy, Kamioka in Japan, and Baksan in Russia and IMB in the USA. For the first time in the his-tory of human existence, an astrophysical phenomenon has been observed in underground detectors. In this astrophysical event, the Mt. Blanc experiment detected five pulses on-line that were not at the same time, as detected by the other three detectors around five hours later. It is still not clear to astrophysicists why two bursts at two different times have been detected and how an SN can generate two neutrino bursts. After 23 years a model has proposed an explanation for a double stage collapse at two different times, as recently suggested by V.S. Imshennik and O. Ryazhskaya. In this paper, a detailed occurrence of something strange that happened on February 23rd is presented while most of the scientific information has been exhibited in other published papers.

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1. INTRODUCCIÓN 

La primera sugerencia acerca de la papel de los neutrinos en fenómenos astrofísicos dada por G. Gamow y Schoenberg (Gamow , Shoenberg 1941) fue quince años antes del descubrimiento real de su existencia por F. Reines en 1956.

Después de 24 años de la idea de Gamow y de Shoenberg, el trabajo de G.V. Domogatsky y G. T. Zatsepin ( Domogatsky , Zatsepin 1965) demostró que el sueño de la detección de neutrinos de las explosiones de SN podría hacerse realidad. De acuerdo con su idea debería ser posible la detección de los neutrinos de supernovas a través de la emisión de electrones en procesos , inducidos por los neutrinos, dentro de detectores que tengan de muchas toneladas de material de blanco.

Pasaron otros 35 años para que el sueño de Domogatsky y Zatsepin se convierta en realidad . De hecho, con el actual sistema SNEWS (Super Nova Early Warning System - Sistema de Alerta Temprana de SuperNovas), (Sholberg 1999) podemos proporcionar a la comunidad astronómica, una alerta temprana de aparición de SN, muy robusta, al utilizar un sistema de coincidencia de las señales de neutrinos en todo el mundo.

A partir de las ideas de Domogatsky y Zatsepin (1965), los científicos soviéticos comenzaron experimentos para detectar neutrinos de SNs, con la construccion de grandes detectores en Baksan, en el Caucaso (Alekseyev et al. 1979), y en Artewmosk en Ucrania (Beresnev et al. 1979), mientras que se realizaba un intento para detectar neutrinos del SN mediante la busqueda de coincidencias entre dos detectores intercontinentales, con una colaboracion italiana - EE.UU. (Lande et al. 1974).

Se construyo el detector de centelleo líquido (LSD) con una colaboración ítalo-rusa, entre la Academia Rusa de Ciencias, la Universidad de Turın y el Instituto de Cosmogeofisica; en el tunel del Monte Blanco. Este detector tuvo un papel importante en la deteccion de neutrinos de SN 1987A. Aquí se presenta y discute una reminiscencia de la ocurrencia en la forma original de los hechos reales de entonces.

 

2. EL DETECTOR DE NEUTRINOS DEL MONTE BLANCO

La colaboracion entre Italia y Rusia (entonces parte de la URSS ) previo, desde el inicio, la construccion de un detector de centelleo líquido (LSD) dedicado a la deteccion de neutrinos de el colapso de estrellas. Este experimento se encuentra dentro de un tunel en el Monte Blanco, a una profundidad de 5200 m.e.a. (metros equivalentes de agua), a unos 150 km al norte de Turín. La cavidad era de 12 x 6 x 8m³.

El detector elegido era de centelleo líquido tanto como un objetivo y como detector contenidos en 72 tanques de acero con blindaje de hierro.

Nuestro sistema de contadores de centelleo puede detectar todas las reacciones de neutrinos, de cualquier sabor, pero debido a la relativamente pequena masa de nuestro detector, tan sólo 90 toneladas, y porque la seccion eficaz para las reacciones de neutrinos es muy pequena, la reacción más importante fue la captura de antineutrinos por protones del escintilador.

Desde el inicio fuimos extremadamente cuidadosos con el ruido de fondo de baja energía y estudiamos con precision sus posibles efectos en el detector LSD.

El LSD comenzo a funcionar en enero de 1985. Antes de eso, se celebro en Dormund, Alemania en junio de 1984, la Conferencia de Astrofísica y Física de Neutrinos. Allí de expusieron las principales características de las predicciones del detector de neutrinos LSD, (entonces en construccion) en el Laboratorio del Monte Blanco, tambien se indicó que podrían detectarse 1 o 2 eventos de neutrinos por el LSD si una SN apareciese en la LMC (Saavedra, 1985).

Las características experimentales del aparato estan bien descritas con anterioridad, como en Badino et al. (1984). Brevemente, el detector consiste de 90 toneladas de un centellador líquido (C₁₀H₂₂) contenidas en 72 tanques de acero inoxidable (1.0 x 1.0 x 1.5 m³) colocados en tres capas, tal como se muestra en la Fig. 1. Cada contador tiene ademas, tres tubos fotomultiplicadores (PM) FEU49 rusos, de 15 cm de diametro.

Desde su concepcion, el experimento LSD ha estado dedicado a la deteccion de explosiones de antineutrinos provenientes del colapso gravitacional de las estrellas dentro de nuestra galaxia, (Saavedra et al., 1985) a traves de la captura de un antineutrino los protones libres, como en las reacciones 1 (umbral de energía E_th = 1.8 MeV):

Esta interaccion da dos señales dentro del tiempo de coincidencia: El pulso rapido de los positrones con energía: MeV seguido por un pulso gamma con energía MeV con un retraso medio de Esta deteccion pulsos dobles es una buena firma para la reaccion de captura de neutrinos en uno de nuestros detectores.

Se llevo a cabo el estudio cuidadoso y sistemático de la radiacion de fondo del espectro de baja energía durante varios anos, con un seguimiento continuo.

Con el fin de eliminar la radiacion de baja energía proveniente de elementos naturales de las rocas circundantes de la cavidad, que representa el ruido de fondo principal en el LSD; este detector, desde su inicio, esta protegido por ~200 toneladas de Fe; el cual tambien es considerado como un blanco de material pesado para las interacciones de neutrinos.

La electronica fue diseñada para dar una buena firma para ambas reacciones en (1). La senal rápida debido a los con energía > 5 MeV da la senal de disparo y abre una puerta de 600 s para todos los contadores en los 72 tanques. Durante ese de tiempo de 600 s, la electronica es capaz de bajar el umbral de energía a 0.8 MeV, nivel que permite la deteccion de la captura n-gamas de 2.2.MeV. Se determinan tanto el tiempo como la altura de de pulsos para cada uno de los 72 contadores.

El contador se dividio según su tasa de recuento: los contadores cercanos a las paredes, donde la radiacion de fondo era alta, y los tanques internos donde la radiacion fue eliminada casi por completo. Se fijo un umbral de 7 MeV en los primeros, mientras que los segundos tenían un umbral de 5 MeV. En ambos casos, el umbral de baja energıa fue de: 0.8 MeV.

Cada pulso fue marcado por un reloj que daba la hora estandar italiana, con una precisión de 2 ms. Cada 7 min se le daba una revision electrónica a todo el detector, con el fin de tener el sistema bajo control permanente.

Bajo esas condiciones de umbral, la tasa total fue 0.012/s, mientras que la tasa de conteo para muones fue de 3.5/h.

En nuestro sistema de adquisicion de datos LSD, el software en línea identifica en tiempo real e imprime cualquier candidato de explosion a los datos de salida de la computadora. La explosion de neutrinos fue reconocido en el analisis estadístico en línea por nuestra computadora, sobre la base de la frecuencia real de eventos. Con tal sistema, nuestro equipo es capaz de detectar cualquier explosion de N impulsos, grabado en un intervalo de tiempo entre 1 ms y 600 s. Ademas el este programa calcula una simulacion del ruido de fondo de acuerdo con la distribucion estándar:

donde f es la tasa bruta de inicio.

En el analisis en línea, si aparece una explosion anormal de impulsos, que esta fuera de la estadística de Poisson calculada, nuestra computadora imprime la explosion, a partir de la información principal del estallido: la duracion del tiempo de la explosión, los tanques que dieron el inicio, la altura del pulso inicial, los pulsos de baja energía, y si la hubiera, la simulacion de la probabilidad, así como el tiempo en que ocurrio. El análisis posterior se hace de una manera similar, pero incluyendo un analisis más detallado del pulso solitario en la explosion.

 

3. LOS CINCO PULSOS DETECTADOS POR EL LSD

El 23 de febrero de 1987, a las 3:52 hora italiana (02:52 UT) el equipo de LSD imprimio, como alarma en línea, una explosion de 5 pulsos dentro de un tiempo de 7 s de duracion. La explosión fue analizada en lınea por el equipo, determinado la probabilidad de la simulacion por ruido de fondo de ~ 10^-3 considerando como base la frecuencia real de la tasa de fondo de 0.012 evento/s. Este tipo de evento nunca se había dado antes, desde el inicio del experimento con nuestro equipo, en enero de 1985.

Como la explosion se detectó a las 3:52 de la madrugada del lunes 23 febrero, no fue observada por ningun operador de turno en el laboratorio. Sólo fue vista en la manana del mismo día a las 8:30 por un miembro de nuestro grupo que estaba de turno en el experimento, quien llamo a la sede en Turín y nos informo acerca de lo que el equipo había impreso. El registro rafaga consistía en 5 pulsos, distribuidos uniformemente en todo el detector LSD. En la salida de la computadora se puede ver que los tanques involucrados son el 31, 14, 25, 35 y 33. A partir de la altura del pulso pareciera que todos los pulsos son de baja energía y solamente en un tanque el pulso inicial fue seguido de un segundo pulso 259 s despues, dentro de la ventana temporal de los 500s. El tiempo de duracion de la explosión es 7.00 s mientras la probabilidad de ocurrencia segun la simulacion imitación es 1.7 x 10^-3 por día (Saave-dra, 2007). La Tabla 1 muestra la explosion de 5 pulsos detectados en línea en el LSD. La misma tabla tambien muestra los dos pulsos detectado al mismo tiempo por el IMB.

No fue hasta el miercoles 25 de febrero que recibimos la noticia de que una SN había sido observada opticamente en observatorios del hemisferio sur. Inmediatamente trajimos la cinta y analizamos nuestros datos del Monte Blanco, con el fin de ver si los pulsos detectados en nuestro experimento tenían algo que ver con la explosión ópticamente observada en la SN LMC.

El analisis posterior de nuestros datos muestran que todos los datos concordaban antes del 23 de febrero y tambien después de los controles y discusiones con nuestros colegas ítalo-rusos, y, en particular, el control de registro del tiempo de ocurrencia de explosion SN con el momento del probable de inicio de la explosion por comparación con las mediciones opticas, decidimos anunciar la detección del evento del Monte Blanco, el sabado 28 de febrero en la circular No. 4323 (Castagnoli et al., 1987).

La figura 2 muestra el numero de explosiones como funcion de su duración y la multiplicidad de pulsos en la explosion (> 5, > 10 y > 15) en el plazo de 2 días. La explosion de 5 pulsos con 7 s de duración se muestra como un punto suelto en la figura 2.

 

4. LAS ANTENAS GRAVITACIONALES Y LOS EVENTOS DEL LSD

Poco despues de la detección de la explosión por el detector LSD nosotros comunicamos al grupo del profesor E. Amaldi que estaba a cargo del Geograv (que llamaremos GWA) que es una antena de onda gravitacional que esta en funcionando Roma a temperatura ambiente.

Inmediatamente despues de esta información, el grupo de Roma encontro una señal de coincidencia en el tiempo de la apertura de LSD. Los primeros informes fueron publicados por el LSD (Aglietta y col., 1987) y por RGW (Amaldi et al., 1987).

El grupo de Roma tambien supo que la antena Weber estaba operando a temperatura ambiente, al mismo tiempo, en Maryland. Un intercambio de datos hizo una primera comparacion posible.

Los datos de RGW y MGW consisten en dos secuencias de variaciones del estado energetico de las GWA, en intervalos equidistantes, con .

Desde el inicio, el analisis de los datos de las antenas de Roma y Maryland, en coincidencia con los pulsos del LSD, mostraron que, ademas de la explosión de los 5 pulsos del LSD, ocurrieron otros pulsos en coincidencia con GWA durante un perıodo de pocas horas alrededor de la explosion a las 2 h 52 min.

Esa fue la razon por la cual decidimos analizar un período de tiempo mucho mas largo y no restringir el analisis sólo a la explosión del Mt. Blanco. En Aglietta y col. (1988) se describe bien nuestro analisis.

Para representar las correlaciones de nuestro interes, se ha utilizado la cantidad:

que se calcula durante un perıodo determinado de tiempo que puede ser todo el período en estudio o parte del mismo, donde x(t) indica una de las cuatro cantidades que representan los datos de la GWA:

N es el numero de eventos de impulsos que ocurrieron perıodo dado; t_i es la tiempo en el cual ocurrio el i-ésimo pulso; es el tiempo de retardo entre los eventos en el Monte Blanco y las antenas. Hay que remarcar que la cantidad es la funcion de correlacion cruzada con tiempo de retardo entre las dos series de tiempo de los eventos LSD y GWA (Agliettaycol.,1989).

Este analisis de los datos se aplicó al intervalo de tiempo a partir de las 13 h del 22 de febrero hasta las 5 h del 23 de febrero. La Figura 3 muestra la cantidad n, que indica cuantas veces el nivel de la señal fondo es mas grande que el valor correspondiente de la funcion de correlación, (la relación n/N es una estimacion de la probabilidad de que la correspondiente valor de se deba al cambio) y los resultados de los calculos moviendo el periodo de dos horas en pasos de media hora para todo el período que se estudio, como función de la suma E_R(t) + E_M(t) y para el producto E_R(t) x E_M(t). Nos damos cuenta de que la correlacion se hace muy grande alrededor de 1 a 3 h en el 23 de febrero. Se repitieron los calculos sin incluir los 5 pulsos de la explosion detectada en LSD. Aun así, el efecto es todavía muy claro, lo que indica que la contribucion que se debe principalmente a otros pulsos del LSD.

Estas coincidencias no comunes ocurrieron aproximadamente en dos horas, alrededor de las 02:52 h de la explosion detectada en el Monte Blanco. Pudimos extraer los pulsos en coincidencia al poner un límite en los datos GWA: E(t) = E_R(t) + E_M(t) > 150K y en la ventana W = 120 min con centro en 2 h 45 min durante los cuales tenemos N_LSD = 96 y N_GA = 172 eventos respectivamente en el LSD y en GWAS. Hemos encontrado 13 eventos en coincidencia. El numero esperado de eventos sin correlación es:

Suponiendo una distribucion de Poisson, la probabilidad de 13 eventos por azar es p(13) = 9.4 x10^-7. La Figura 4 muestra la distribucion de las coincidencias.

A partir de esas coincidencias quedaba muy claro para nosotros que era de suma importancia para poder continuar con nuestra investigacion de la coincidencia, el tener en cuenta tambien, a los otros detectores de neutrinos subterraneos que funcionaron el 23 de febrero.

 

5. LOS EVENTOS DE KAMIOKA, IBM Y BASKAN

El lunes 9 de marzo, el grupo japones anunció en una rueda de prensa que el experimento Kamiokande II (a partir ahora le llamaremos K2) había detectado 12 pulsos, pero cerca de 5 horas despues del evento del Mt. Blanco (Hirata et al., 1987). Casi al mismo tiempo, los grupos del IMB, (Bionta et al., 1987) y del Baksan (a partir ahora le llamaremos BST), (Alekseyev et al., 1987) dieron sus resultados en coincidencia con el experimento Kamioka.

Como se sabe, el K2 y el IMB utilizan agua como detector, mientras que el Mt. Blanco y el Baksan utilizan líquidos escintiladores como detector. La reaccion de los neutrinos es igual en ambos tipos de detectores.

¿Que pulsos fueron detectados por el experimento del Monte Blanco? Una interpretacion rápida esas dos explosiones fue dada por De Rujula (1987) como una manifestacion de dos explosiones. El análisis de Rujula se baso en dos de los eventos en los cuales, los datos del Kamioka estan en coincidencia con tiempo del Mt. Blanco. Parece muy plausible, aunque la idea de dos explosiones no era muy aceptable por la teorıa estandar canónica de explosiones de las SN.

Los eventos de los detectores de Kamioka, IMB y Baksan mostraron una serie de "anomalías". Por ejemplo, las energías promedio v_e inferidas de las observaciones IMB y Kamiokande son difieren entre sí.

La gran diferencia de tiempo de 7.3 s entre los primeros 8, y los ultimos 3 eventos en Kamiokande es algo que preocupa.

La distribucion de los positrones en el estado final de la reaccion de captura + p n + debería ser isotropica, pero se confirma que tiene un significativamente alejado de la direccion de la SN, ver Dadykin y Ryahzskaya (2008) En todo caso, en ausencia de otra explicacion, estas características se atribuyen a fluctuaciones estadísticas en los datos dispersos .

Hemos analizado con precision todos nuestros datos del Mt. Blanco, no solo durante el tiempo de las dos explosiones, sino tambien varios días antes y despues de esos dos tiempos. Las tablas 2 y 3 dan la lista de todos nuestros datos durante unos 20 minutos alrededor de los dos eventos. De ambas tablas es facil reconocer los muones por involucrar a varios tanques y saturan el umbral ADC. Ademas existía la prueba TDC cada ~ 7 min.

Es evidente que en ambos intervalos, el experimento del Mt. Blanco estaba funcionando correctamente y que no hay cortes ni en las estadísticas ni en la energía de los acontecimientos, lo cual era necesario; y que puede ser visto por el numero correlativo que tambien fue incluso grabado.

Los resultados inesperados de los analisis de las coincidencias de pulsos con el GWA en un período de aproximadamente dos horas, incluyendo el evento del Mt. Blanco, y nos llevo a buscar un análisis similar con otros detectores de partículas. Por lo tanto, despues de pedir los datos del grupo de Kamioka, que amablemente nos reenviaron los datos de alrededor de 32 h, período que incluye a los eventos del Monte Blanco y Kamioka.

Una de las cosas que nos llamo la atención fue que los detectores de Kamioka y Baksan tenían errores en sus relojes, ±60 s para Kamioka y +2s - 54s para Baksan, mientras que la precision del reloj del IMB era de 50 ms. Por lo tanto, supusimos que el tiempo del IMB era el correcto para la llegada de la explosion. El problema era cómo conciliar el tiempo de los pulsos detectados por los otros dos detectores.

Hicimos un analisis preciso de los datos y buscamos coincidencias, con la misma tecnica, entre los dos conjuntos de datos con la GWA, pero en este caso, nos vimos obligados a utilizar un cambio (0.1 a 2.0 s) para los datos del K2 en el intervalo de ±60 s para todos los datos disponibles entonces. Los tiempos del K2 fueron reportados con una precision de milisegundos y una incertidumbre global de un minuto. Podemos imaginar, por tanto, que las diferencias de tiempo del K2 en el intervalo de tiempo considerado, podría haber tenido errores no mas grandes que una fraccion de segundo.

El resultado de nuestro analisis muestra resultados inesperados. Un pico de coincidencia se veía solo cuando se desplazaban todos los datos del Kamioka por +7 s. Esto significa que todos los datos del Kamioka tendrian que desplazarse en +7 segundos para todo el período de tiempo considerado. Suponiendo una ventana de coincidencia de = ±0.5 s, tal como lo hicimos en el analisis con los datos del GWA, el numero esperado de coincidencias aleatorias esta dado por N = (91 x 191 x 2 x 0.5)/7200 = 2.41, donde 91 y 191 son la tasa de con-teo del LSD y del K2, respectivamente; en el intervalo de 01:45 a 03:45 UT. Lo mas sorprendente fue que el desplazamiento del tiempo para los eventos del Kamioka debe ser +7 s con el fin de sincronizar su explosion con el detectado por el IMB (Aglietta et al., 1989).

La Figura 5 muestra la distribucion de las coincidencias de los eventos LSD- Kamiokande en el intervalo de 1:45 a 03:45 UT como funcion del desplazamiento de los eventos Kamiokande, y para una ventana temporal = 0.5 s. Se realizo el mismo analisis sobre los 17 intervalos de dos horas cada uno, desde 11:45 UT del 22 de febrero hasta las 21:45 de 23 de febrero. En ese perıodo se registraron respectivamente 1462 y 2890 eventos en LSD y K2. Por lo tanto, el numero de coincidencias aleatorias que se esperaba era de 2.03 por cada intervalo. Con el tiempo K2 desplazado entre +6.9 a +7.0 s, el unico período con exceso significativo de coincidencias esta en un lapso previamente considerado, que es de 01:45 a 3:45 UT durante el cual se han encontrado 9 coincidencias. En cada uno de los otros 16 intervalos, la cantidad de coincidencias observadas concuerda muy bien con el numero esperado de una distribucion de Poisson.

En la Fig. 6 podemos ver claramente que un pico de la distribucion se encuentra en el intervalo de dos horas, de 1:45 a 03:45 UT del 23 de febrero, de la distribucion de la coincidencia en el intervalo de 2 horas, al tomar todos datos disponibles del Kamioka, desde las 11:45 del 22 de febrero a las 21:45 del 23 de febrero, con dos valores de corrimiento: 6.9 y 7.0 s.

El analisis del GWA y del K2, (ver Amaldi et al., 1989) tambien da resultados excepcionales, que se muestran en la Fig. 7. Es evidente que hay un pico en las correlaciones cuando se corrigio el reloj del K2 por +7 s con el fin de ser coincidente con el reloj del IMB. (ver Amaldi et al., 1989 para obtener mas detalles).

Tras estos resultados interesantes que decidimos realizar el mismo analisis con los datos de Baksan. De hecho, y despues de conversaciones con el Prof. Chudakov decidimos intercambiar nuestros datos, y realizar el analisis de datos de manera independiente. Nuestros resultados son practicamente los mismos que fueron encontrados por Chudakov (1989) y que se muestran en la figura 8.

Podemos ver claramente un pico de coincidencias solo cuando los datos de Baksan se desplazan por -30 segundos. Esto es fantastico, porque es exactamente el mismo el tiempo de desplazamiento que necesitan los datos de Baksan para poder sincronizar con la explosion detectada en el IMB. De nuevo, estas coincidencias positivas se presentan solo en el intervalo de las dos horas que abarca la explosion en el Monte Blanco, de 2.52 entre las 01:45 y las 3:45, exactamente el mismo intervalo en el que se producen las coincidencias LSD- K2. El mismo analisis se hizo para todo el conjunto de datos de BST y LSD, para la observacion de las coincidencias por hora calculados con distintos desplazamientos temporales y ventanas de coincidencia At. Los unicos períodos con un exceso significativo de coincidencias esta en el intervalo de 2:00 a 3:00 UT.

No esperabamos un resultado tan positivo, porque de la naturaleza fantastica del fenómeno, tal como fue mencionado por Chudakov (1989). Podemos ver (en particular de la Fig. 8) que tres analisis independientes de los datos, por parte de los grupos de Roma, Torino, y Baksan llegaron a las mismas conclusiones: existen coincidencias en un intervalo de dos horas alrededor de la explosion detectada en el Mt. Blanco.

Este resultado, junto con el LSD- K2 es muy rara y parecía fantastica al mismo tiempo, ya que las diferencias de -30 s y +7s son exactamente los intervalos con los cuales se ajustaron los relojes de Baksan y Kamioka a la hora del reloj IMB.

En cuanto a que los acontecimientos parece que no son nada mas que parte del ruido de fondo de tres detectores subterraneos que están en coincidencia. La Tabla 4 muestra las coincidencias con el K2, tambien indican el ángulo 6 calculado por el grupo Kamiokande. La Tabla 5 muestra la coincidencia del LSD con el BST en las dos horas alrededor del evento del Monte Blanco para los dos casos.

El evento LSD No. 979 es coincidente con el BST y tambien es coincidente con el evento K2.

En la Fig. 9 podemos ver la distribucion de pulsos en el período comprendido entre las 02:10:30 UT y las 02:11:40 UT medidos en el LSD (4 pulsos ), Baksan (1 pulso), Kamioka (1 pulso) y la suma de las das GWA (3 pulsos). Es muy intrigante tener en cuenta que durante este corto tiempo (menos de 60 s) se presento una cuádruple coincidencia entre el LSD (dos pulsos) con Baksan y las GWA; y una coincidencia triple entre el LSD y los pulsos Kamioka y GWA. Si tenemos todas estas coincidencias en aproximadamente un minuto obtenemos que la probabilidad de ocurrir estar coincidencias por casualidad es de 10^-7.

Sin embargo, hay otra cosa mas que es bastante inusual, y tambien que se presentó en ese día fatídico del 23 de febrero. A partir del analisis de los datos del LSD desde el 10 de febrero hasta el 1 de julio de 1987, buscando correlaciones entre todos los pulsos superiores a 5 MeV, encontramos una extrana correlacion de nueve pares de pulsos, pulsos de alta energıa, (muones ) y pulsos de baja energía dentro de una ventana temporal de = 2 s en un intervalo entre las 05:42 UT y las 10:43 UT del 23 de febrero de 1987. La frecuencia de tal tipo de fluctuaciones aleatorias del fondo es ~ 1/(10 anos) (Dadykin et al., 1992). La pregunta es si este resultado indica una relacion entre la correlación temporal de los pulsos y la SN 1987A.

 

6. CONCLUSIONES

Este trabajo tenía la intencion de centrarse principalmente en una la narracion cronológica de los acontecimientos que se produjeron el 23 de febrero de 1987, y en la presentacion del análisis de datos que ya fueron publicados por los diversos grupos involucrados en este problema. El punto crucial en el analisis era el problema de temporización para el Kamioka y detectores de Baksan. A partir de nuestro analisis, es evidente que los datos Kamioka deben ser corregidos por ~ +7 s, mientras que para los datos Baksan la correccion es ~ -30 s. No se requiere correccion para la GWA sin error, ya que tiene una precision de tiempo absoluto de ± 0.1 s, por ejemplo ver la Fig 4.

En este caso las correlaciones simuladas para el ruido de fondo, calculadas independientemente y por separado por los grupos son: para el LSD-GWA: 10^-5; LSD-Baksan: 4 x 10^-3; LSD-Kamioka: 8 x 10^-4; GWA-Kamioka: 5 x 10^-4 y GWA-Baksan: 5 x 1^-2. Creo que es innegable que admitir que durante SN 1987A se produjo algo muy inusual en unas pocas horas en la manana del 23 de febrero.

Me gustaría hacer hincapie en que los efectos han sido observados en forma independiente, con distintos metodos, y en diferentes continentes durante la SN 1987A. Ademas, el momento en que el exceso de coincidencias se ha encontrado, se centra en el momento de la explosion detectada por LSD en el Monte Blanco. Incluso las correlaciones de pulsos dobles encontrado por Dadykin et al. (1992) se produce solo en la manana del 23 de febrero y que se repite durante el analisis de varios otros analizados.

La pregunta es que, si la probabilidad para las coincidencias dobles y triples es muy pequena, ¿éste efecto puede ser aleatorio? Si no es así, entonces el problema es dar una explicacion científica que tenga en cuenta todos efectos de las explosiones gravita-cionales de las SN .

Podemos separar los dos efectos: Primero, la deteccion de los 5 pulsos de la explosión por el LSD a las 02:52 UT. Para ese evento, existe la posibilidad que el colapso de una supernova conduce al colapso de dos etapas con una diferencia de fase de ~ 5 horas, debido a la rotacion inicial de masa. Esta idea fue propuesta por Imshennik y Ryazhskaya (2004). Un analisis muy amplio y convincente de los eventos de varios detectores esta en Dadykin y Ryazhskaya (2008).

Las teorıas recientes sobre el confinamiento de los quarks, (Drago et al., 2008) inducen a pensar que se puede tener dos explosiones de estrellas masivas con la posibilidad de tener dos explosiones de neutrinos.

Sobre el segundo efecto, no tenemos por el momento ninguna explicacion plausible para las coincidencias de pulsos entre los varios detectores en el mundo.

 

AGRADECIMIENTOS

Realmente no se cómo agradecer lo suficiente a O.G.Ryazhskaya por su apoyo, amable y continuo para escribir este documento, y para todos los colegas rusos, en particular, a V.A. Matveev, quien me dio el oportunidad de dar una charla en la ocasion del jubileo de 20 anos de la SN en el Instituto de Investigacion Nuclear de los RAS, en Moscú, Rusia.

Estoy tambien muy agradecido a todos los miembros italianos y rusos de la colaboracion LSD que durante muchos anos trabajaron juntos con la idea que se detectarían los neutrinos de SN. En particular, gracias a S. Vernetto por su contribucion en el analisis de los datos. Muchas gracias al grupo del Prof. E. Amaldi, especialmente a G. Pizzella, porque la mayoría de las correlaciones con GWA fueron realizadas por el. Gracias también a A. Drago por sus conversaciones y discusiones sobre utiles este asunto.

 

NOTA

* Traducción autorizada de “The 23 Year Reminiscence of the SN1987A”, O. Saavedra, Astronomy Letters 36 7 (2010) 467.

 

REFERENCIAS

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