Supernovien neutriinonesteet voivat viitata uuteen fysiikkaan – Physics Worldiin

Supernovien neutriinonesteet voivat viitata uuteen fysiikkaan – Physics Worldiin

Aikaleima: 6. syyskuuta 2023 12
Lähdesolmu: 2866448

SN 1987A:n yhdistelmäkuva
Nestetilanne: yhdistelmäkuva SN 1987A:n jäännöksestä. Tällaisten supernovien neutriinot voisivat tarjota vihjeitä fysiikasta standardimallin ulkopuolelta. (Alma/NASA/ESA)

Räjähtävissä tähdissä syntyneet neutriinot voivat viitata standardimallin ulkopuoliseen fysiikkaan, laskelmien mukaan Po-Wen Chang ja kollegansa Ohion osavaltion yliopistossa Yhdysvalloissa. Heidän työnsä selittää, kuinka hypoteettinen vuorovaikutus vaikuttaa neutriinojen pulssiin, joka syntyy ytimen romahtaessa supernovassa - mikä voidaan nähdä olemassa olevissa ja tulevissa supernovahavainnoista.

Neutriinot ovat pienimassaisia ​​ja sähköisesti neutraaleja subatomisia hiukkasia, jotka voivat kulkea pitkiä matkoja aineen läpi ilman vuorovaikutusta. Niitä tuotetaan valtavia määriä joissakin astrofysikaalisissa prosesseissa, ja tähtitieteilijät käyttävät valtavia ilmaisimia tutkiakseen Maahan saapuvia neutriinoja. Sen lisäksi, että näiden kosmisten neutriinojen tutkiminen kertoo meille jotain astrofysiikasta, se voi antaa oivalluksia itse hiukkasten luonteesta.

Nyt Changin tiimi on tutkinut mahdollisuutta, että supernovaräjähdykset voivat laukaista neutriinokäyttäytymistä, jota ei voida selittää hiukkasfysiikan vakiomallilla.

Äärimmäiset olosuhteet

Standardimalli sanoo, että neutriinot ovat vuorovaikutuksessa keskenään heikon ydinvoiman tai painovoiman kautta. Mutta ytimen romahtaneiden supernovien aikana hiukkasten odotetaan pakautuvan niin tiiviisti, että ne hajoavat toisistaan ​​paljon tavallista useammin. Tällaisissa äärimmäisissä olosuhteissa jotkut standardimallia pidemmälle menevät teoriat viittaavat siihen, että hypoteettinen vuorovaikutus, jota kutsutaan "tehostetuksi itsevuorovaikutukseksi" (νSI), voisi syntyä. Tämän vuorovaikutuksen ennustetaan olevan suuruusluokkaa vahvempi kuin heikko vuorovaikutus, ja siksi sen pitäisi vaikuttaa neutriinojen käyttäytymiseen tällaisissa supernoveissa.

Tähtitieteilijöille tilaisuus havaita tämä vaikutus tuli vuonna 1987, jolloin SN 25A:n 1987 neutriinoa rekisteröitiin kolmeen neutriinoilmaisimeen. SN 1987A oli ytimen romahtanut supernova, joka esiintyi vain 168,000 XNUMX valovuoden päässä Suuressa Magellanin pilvessä.

Yleinen ajatus on, että νSI:n olisi pitänyt vaikuttaa neutriinopulssin luonteeseen, joka havaittiin täällä maan päällä. Tapahtumaa seuraavien vuosikymmenten aikana fyysikot ovat kuitenkin kamppailleet laskeakseen SN 1987A:n neutrinosignaalissa havaittavia vaikutuksia, jotka osoittaisivat νSI:n olemassaolon.

Relativistinen hydrodynamiikka

Changin työryhmä tarkasteli tutkimuksessaan uudelleen ongelmaa ottamalla huomioon neutriinot, jotka virtaavat ulospäin vasta muodostuneesta neutronitähdestä ytimen romahtaneen supernovan keskellä. Relativistisen hydrodynamiikan rajoitusten alaisuudessa heidän laskelmat osoittivat, että νSI saisi hiukkaset toimimaan yhdessä muodostaen tiheän, tiiviisti kytketyn ja laajenevan nesteen.

Tutkijat ehdottavat myös, että tämä laajentuminen voisi seurata kahta mahdollista polkua. Ensimmäisessä skenaariossa neutriinot virtaisivat ulos äkillisesti. Tuloksena olisi neutriinoneste, joka ulottuu kauas keskusneutronitähden ulkopuolelle – mikä tarkoittaa, että tähtitieteilijöiden havaitsema neutriinopulssi kestäisi pidempään. Toisessa tapauksessa neutriinot sen sijaan virtaavat tasaisessa tuulessa pienemmällä tiheydellä. Tässä νSI:n vaikutukset häviäisivät lähemmäs neutronitähteä, mikä johtaisi lyhyempään neutriinopulssiin.

Changin tiimi toivoo nyt, että heidän ideoitaan käytetään lisälaskelmissa, joiden avulla tähtitieteilijät voivat tunnistaa todisteita νSI:stä SN 1987A:n neutrinodatasta. "Supernovien dynamiikka on monimutkaista, mutta tämä tulos on lupaava, koska relativistisen hydrodynamiikan avulla tiedämme, että niiden toimintatapojen ymmärtämisessä on tienhaarukka", Chang sanoo.

Tutkijat ennustavat supernovien sisällä tapahtuvaa neutriinojen tuotantoa koskevien tietojensa perusteella, että heidän vakaan tuulen teoriansa on todennäköisempi kuin purskeen ulosvirtauksen tapaus – mutta toistaiseksi tarvitaan enemmän työtä sen selvittämiseksi, voivatko molemmat ilmiöt tapahtua samassa räjähdyksessä. .

Viime kädessä heidän löytönsä voisivat helpottaa tähtitieteilijöiden mahdollisuuksia kerätä todisteita νSI:stä, kun uusia supernoveja havaitaan Linnunradalla tai sen galaktisella alueella – vaikka nämä voivat olla vielä vuosikymmeniä eteenpäin. "Rukoilemme aina, että toinen galaktinen supernova tapahtuisi jossain ja pian, mutta parasta, mitä voimme tehdä, on yrittää rakentaa tietoihimme mahdollisimman paljon ennen kuin se tapahtuu", Chang sanoo.

Tutkimusta kuvataan Fyysisen tarkastelun kirjaimet.

Aikaleima:

Lisää aiheesta Fysiikan maailma