Les fluides neutrinos dans les supernovae pourraient indiquer une nouvelle physique – Physics World

Les neutrinos créés dans les étoiles qui explosent pourraient indiquer une physique au-delà du modèle standard, selon les calculs effectués par Po-Wen Chang et des collègues de l'Ohio State University aux États-Unis. Leurs travaux expliquent comment une interaction hypothétique affecte l’impulsion de neutrinos générée dans une supernova avec effondrement du cœur – ce qui pourrait être observé dans les observations existantes et futures de supernovae.

Les neutrinos sont des particules subatomiques de faible masse et électriquement neutres qui peuvent parcourir de longues distances à travers la matière sans interagir. Ils sont produits en grande quantité par certains processus astrophysiques et les astronomes utilisent d’énormes détecteurs pour étudier les neutrinos qui arrivent sur Terre. En plus de nous apprendre quelque chose sur l’astrophysique, l’étude de ces neutrinos cosmiques peut donner un aperçu de la nature des particules elles-mêmes.

L'équipe de Chang a désormais exploré la possibilité que les explosions de supernovae puissent déclencher des comportements de neutrinos qui ne peuvent être expliqués par le modèle standard de la physique des particules.

Des conditions extrêmes

Le modèle standard dit que les neutrinos interagissent les uns avec les autres via la faible force nucléaire ou gravité. Mais lors d’une supernovae avec effondrement du cœur, les particules devraient devenir si denses qu’elles se dispersent beaucoup plus fréquemment que d’habitude. Dans des conditions aussi extrêmes, certaines théories allant au-delà du modèle standard suggèrent qu’une interaction hypothétique appelée « auto-interaction améliorée » (νSI) pourrait émerger. Il est prévu que cette interaction soit d'un ordre de grandeur plus forte que l'interaction faible et devrait donc affecter le comportement des neutrinos dans de telles supernovae.

Pour les astronomes, l'occasion d'observer cet effet s'est présentée en 1987, lorsque 25 neutrinos de SN 1987A ont été enregistrés dans trois détecteurs de neutrinos. SN 1987A était une supernova à effondrement du noyau qui s'est produite à seulement 168,000 XNUMX années-lumière dans le Grand Nuage de Magellan.

L’idée générale est que νSI aurait dû affecter la nature de l’impulsion de neutrino détectée ici sur Terre. Cependant, dans les décennies qui ont suivi l'événement, les physiciens ont eu du mal à calculer les effets observables dans le signal neutrino de SN 1987A qui établiraient l'existence de νSI.

Hydrodynamique relativiste

Dans leur étude, l'équipe de Chang a revisité le problème en considérant les neutrinos s'écoulant vers l'extérieur de l'étoile à neutrons nouvellement formée au centre d'une supernova avec effondrement du cœur. Sous les contraintes de l’hydrodynamique relativiste, leurs calculs ont montré que νSI amènerait les particules à agir collectivement pour former un fluide dense, étroitement couplé et en expansion.

Les chercheurs suggèrent également que cette expansion pourrait suivre deux voies possibles. Dans le premier scénario, les neutrinos s’échapperaient soudainement. Le résultat serait un fluide neutrino qui s’étendrait bien au-delà de l’étoile à neutrons centrale, ce qui signifie que l’impulsion neutrino observée par les astronomes durerait plus longtemps. Dans le second cas, les neutrinos circulent plutôt dans un vent constant avec une densité plus faible. Ici, les effets de νSI disparaîtraient plus près de l’étoile à neutrons, ce qui entraînerait une impulsion de neutrino plus courte.

Certains neutrinos cosmiques ne sont peut-être pas cosmiques après tout

L'équipe de Chang espère maintenant que ses idées seront utilisées dans d'autres calculs qui pourraient permettre aux astronomes d'identifier des preuves de νSI dans les données sur les neutrinos de SN 1987A. "La dynamique des supernovae est compliquée, mais ce résultat est prometteur car avec l'hydrodynamique relativiste, nous savons qu'il y a une bifurcation sur la route pour comprendre comment elles fonctionnent maintenant", explique Chang.

Sur la base de leurs connaissances sur la production de neutrinos à l'intérieur des supernovae, les chercheurs prédisent que leur théorie du vent constant est plus probable que le cas d'une explosion - mais pour l'instant, des travaux supplémentaires seront nécessaires pour déterminer si les deux phénomènes pourraient ou non se produire dans la même explosion. .

En fin de compte, leurs découvertes pourraient permettre aux astronomes de rassembler beaucoup plus facilement des preuves de νSI une fois que de nouvelles supernovae seront observées dans la Voie lactée ou dans son voisinage galactique – même si cela pourrait encore prendre des décennies. "Nous prions toujours pour qu'une autre supernova galactique se produise quelque part et bientôt, mais le mieux que nous puissions faire est d'essayer de nous appuyer autant que possible sur ce que nous savons avant qu'elle ne se produise", explique Chang.

La recherche est décrite dans Physical Review Letters.

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• La source: https://physicsworld.com/a/neutrino-fluids-in-supernovae-could-point-to-new-physics/