Τα υγρά νετρίνων σε σουπερνόβα θα μπορούσαν να υποδεικνύουν τη νέα φυσική - τον κόσμο της φυσικής

Τα υγρά νετρίνων σε σουπερνόβα θα μπορούσαν να υποδεικνύουν τη νέα φυσική - τον κόσμο της φυσικής

Χρονική σήμανση: 6 Σεπτεμβρίου 2023 12:22 μ.μ.
Κόμβος πηγής: 2866448

Σύνθετη εικόνα του SN 1987A
Ρευστή κατάσταση: σύνθετη εικόνα του υπολείμματος του SN 1987A. Τα νετρίνα από τέτοιες σουπερνόβα θα μπορούσαν να παρέχουν ενδείξεις για τη φυσική πέρα ​​από το Καθιερωμένο Μοντέλο. (Ευγενική προσφορά: Alma/NASA/ESA)

Τα νετρίνα που δημιουργούνται σε αστέρια που εκρήγνυνται θα μπορούσαν να δείχνουν τη φυσική πέρα ​​από το Καθιερωμένο μοντέλο, σύμφωνα με υπολογισμούς που έγιναν από Πο-Γουέν Τσανγκ και συναδέλφους στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Οχάιο στις ΗΠΑ. Η εργασία τους εξηγεί πώς μια υποθετική αλληλεπίδραση επηρεάζει τον παλμό των νετρίνων που δημιουργείται σε μια σουπερνόβα κατάρρευσης του πυρήνα – κάτι που θα μπορούσε να φανεί σε υπάρχουσες και μελλοντικές παρατηρήσεις σουπερνόβα.

Τα νετρίνα είναι υποατομικά σωματίδια χαμηλής μάζας και ηλεκτρικά ουδέτερα που μπορούν να διανύσουν μεγάλες αποστάσεις μέσω της ύλης χωρίς να αλληλεπιδρούν. Παράγονται σε τεράστιες ποσότητες από ορισμένες αστροφυσικές διαδικασίες και οι αστρονόμοι χρησιμοποιούν τεράστιους ανιχνευτές για να μελετήσουν τα νετρίνα που φτάνουν στη Γη. Εκτός από το να μας λέει κάτι για την αστροφυσική, η μελέτη αυτών των κοσμικών νετρίνων μπορεί να προσφέρει πληροφορίες για τη φύση των ίδιων των σωματιδίων.

Τώρα, η ομάδα του Τσανγκ έχει διερευνήσει την πιθανότητα οι εκρήξεις σουπερνόβα να προκαλούν συμπεριφορές νετρίνων που δεν μπορούν να εξηγηθούν από το Καθιερωμένο Μοντέλο της Φυσικής των Σωματιδίων.

Ακραίες συνθήκες

Το Καθιερωμένο Μοντέλο λέει ότι τα νετρίνα αλληλεπιδρούν μεταξύ τους μέσω της ασθενούς πυρηνικής δύναμης ή της βαρύτητας. Αλλά κατά τη διάρκεια των σουπερνόβα κατάρρευσης του πυρήνα, τα σωματίδια αναμένεται να συσσωρευτούν τόσο πυκνά που διασκορπίζονται το ένα από το άλλο πολύ πιο συχνά από το συνηθισμένο. Σε τέτοιες ακραίες συνθήκες, ορισμένες θεωρίες που υπερβαίνουν το Καθιερωμένο Μοντέλο υποδηλώνουν ότι θα μπορούσε να προκύψει μια υποθετική αλληλεπίδραση που ονομάζεται «ενισχυμένη αυτο-αλληλεπίδραση» (νSI). Αυτή η αλληλεπίδραση προβλέπεται να είναι τάξεις μεγέθους ισχυρότερη από την ασθενή αλληλεπίδραση και επομένως θα πρέπει να επηρεάσει τη συμπεριφορά των νετρίνων σε τέτοιες σουπερνόβα.

Για τους αστρονόμους, μια ευκαιρία να παρατηρήσουν αυτό το φαινόμενο ήρθε το 1987, όταν 25 νετρίνα από το SN 1987A καταγράφηκαν σε τρεις ανιχνευτές νετρίνων. Το SN 1987A ήταν ένα σουπερνόβα κατάρρευσης του πυρήνα που εμφανίστηκε μόλις 168,000 έτη φωτός μακριά στο Μεγάλο Νέφος του Μαγγελάνου.

Η γενική ιδέα είναι ότι το νSI θα έπρεπε να έχει επηρεάσει τη φύση του παλμού νετρίνων που ανιχνεύθηκε εδώ στη Γη. Ωστόσο, τις δεκαετίες που ακολούθησαν το συμβάν, οι φυσικοί αγωνίστηκαν να υπολογίσουν παρατηρήσιμα αποτελέσματα στο σήμα νετρίνων του SN 1987A που θα αποδεικνύουν την ύπαρξη του νSI.

Σχετικιστική υδροδυναμική

Στη μελέτη τους, η ομάδα του Τσανγκ επανεξέτασε το πρόβλημα εξετάζοντας τα νετρίνα που ρέουν προς τα έξω από το νεοσύστατο αστέρι νετρονίων στο κέντρο ενός σουπερνόβα κατάρρευσης του πυρήνα. Κάτω από τους περιορισμούς της σχετικιστικής υδροδυναμικής, οι υπολογισμοί τους έδειξαν ότι το νSI θα έκανε τα σωματίδια να δράσουν συλλογικά για να σχηματίσουν ένα πυκνό, σφιχτά συζευγμένο και διαστελλόμενο ρευστό.

Οι ερευνητές προτείνουν επίσης ότι αυτή η επέκταση θα μπορούσε να ακολουθήσει δύο πιθανούς δρόμους. Στο πρώτο σενάριο, τα νετρίνα θα έρεαν έξω σε μια ξαφνική έκρηξη. Το αποτέλεσμα θα ήταν ένα υγρό νετρίνων που εκτείνεται πολύ πέρα ​​από το κεντρικό αστέρι νετρονίων – που σημαίνει ότι ο παλμός νετρίνων που παρατηρείται από τους αστρονόμους θα διαρκέσει περισσότερο. Στη δεύτερη περίπτωση, τα νετρίνα ρέουν με σταθερό άνεμο με χαμηλότερη πυκνότητα. Εδώ, τα αποτελέσματα του νSI θα εξαφανίζονταν πιο κοντά στο αστέρι νετρονίων, με αποτέλεσμα έναν μικρότερο παλμό νετρίνων.

Η ομάδα του Τσανγκ ελπίζει τώρα οι ιδέες τους να χρησιμοποιηθούν σε περαιτέρω υπολογισμούς που θα μπορούσαν να επιτρέψουν στους αστρονόμους να εντοπίσουν στοιχεία νSI σε δεδομένα νετρίνων από το SN 1987A. «Η δυναμική των σουπερνόβα είναι περίπλοκη, αλλά αυτό το αποτέλεσμα είναι πολλά υποσχόμενο επειδή με τη σχετικιστική υδροδυναμική γνωρίζουμε ότι υπάρχει μια διχάλα στον δρόμο για την κατανόηση του πώς λειτουργούν τώρα», λέει ο Τσανγκ.

Με βάση τις γνώσεις τους για την παραγωγή νετρίνων μέσα σε σουπερνόβα, οι ερευνητές προβλέπουν ότι η θεωρία του σταθερού ανέμου είναι πιο πιθανή από την περίπτωση έκρηξης-εκροής – αλλά προς το παρόν, θα χρειαστεί περισσότερη δουλειά για να καθοριστεί εάν και τα δύο φαινόμενα θα μπορούσαν να συμβούν στην ίδια έκρηξη. .

Τελικά, οι ανακαλύψεις τους θα μπορούσαν να καταστήσουν πολύ πιο εύκολο για τους αστρονόμους να συγκεντρώσουν στοιχεία για το νSI μόλις παρατηρηθούν νέοι σουπερνόβα στον Γαλαξία ή στη γαλαξιακή του γειτονιά – αν και αυτά μπορεί να είναι ακόμη δεκαετίες στη γραμμή. «Πάντα προσευχόμαστε για ένα άλλο γαλαξιακό σουπερνόβα να συμβεί κάπου και σύντομα, αλλά το καλύτερο που μπορούμε να κάνουμε είναι να προσπαθήσουμε να χτίσουμε πάνω σε αυτά που γνωρίζουμε όσο το δυνατόν περισσότερα προτού συμβεί», λέει ο Τσανγκ.

Η έρευνα περιγράφεται στο Επιστολές Φυσικής Επισκόπησης.

Σφραγίδα ώρας:

Περισσότερα από Κόσμος Φυσικής