A szupernóvákban lévő neutrínó folyadékok új fizikára utalhatnak – a fizika világa

A szupernóvákban lévő neutrínó folyadékok új fizikára utalhatnak – a fizika világa

Időbélyeg: 6. szeptember 2023. 12:22
Forrás csomópont: 2866448

Az SN 1987A összetett képe
Folyadékhelyzet: az SN 1987A maradványának összetett képe. Az ilyen szupernóvákból származó neutrínók a standard modellen túlmutató fizikáról is szolgálhatnak. (Jóvolt: Alma/NASA/ESA)

A felrobbanó csillagokban keletkezett neutrínók a szabványos modellen túlmutató fizikára utalhatnak az általa végzett számítások szerint. Po-Wen Chang és munkatársai az amerikai Ohio State University-n. Munkájuk elmagyarázza, hogy egy hipotetikus kölcsönhatás hogyan befolyásolja a neutrínók impulzusát, amely egy mag-összeomlású szupernóvában keletkezik – ez látható a szupernóvák jelenlegi és jövőbeli megfigyelései során.

A neutrínók kis tömegű és elektromosan semleges szubatomi részecskék, amelyek nagy távolságokat képesek megtenni az anyagon keresztül anélkül, hogy kölcsönhatásba lépnének. Hatalmas mennyiségben keletkeznek egyes asztrofizikai folyamatok során, és a csillagászok hatalmas detektorokkal tanulmányozzák a Földre érkező neutrínókat. Amellett, hogy elmond valamit az asztrofizikáról, ezeknek a kozmikus neutrínóknak a tanulmányozása betekintést nyújthat magukba a részecskék természetébe.

Most Chang csapata megvizsgálta annak lehetőségét, hogy a szupernóva-robbanások olyan neutrínó viselkedést válthatnak ki, amely nem magyarázható a részecskefizika standard modelljével.

Extrém körülmények

A Standard Modell szerint a neutrínók a gyenge nukleáris erőn vagy gravitáción keresztül lépnek kölcsönhatásba egymással. A mag-összeomlású szupernóvák során azonban a részecskék várhatóan olyan sűrűn tömődnek össze, hogy a szokásosnál sokkal gyakrabban szórják el egymást. Ilyen szélsőséges körülmények között egyes elméletek, amelyek túlmutatnak a standard modellen, azt sugallják, hogy kialakulhat egy hipotetikus interakció, amelyet „fokozott önkölcsönhatásnak” (νSI) neveznek. Ez a kölcsönhatás az előrejelzések szerint nagyságrendekkel erősebb, mint a gyenge kölcsönhatás, ezért hatással kell lennie a neutrínók viselkedésére az ilyen szupernóvákban.

A csillagászok számára 1987-ben adódott lehetőség ennek a hatásnak a megfigyelésére, amikor 25 SN 1987A neutrínót regisztráltak három neutrínódetektorban. Az SN 1987A egy mag-összeomlású szupernóva volt, amely mindössze 168,000 XNUMX fényévre, a Nagy Magellán-felhőben fordult elő.

Az általános elképzelés az, hogy a νSI-nek befolyásolnia kellett a neutrínó impulzus természetét, amelyet itt a Földön észleltek. Az eseményt követő évtizedekben azonban a fizikusok küszködtek az SN 1987A neutrínójelében megfigyelhető hatások kiszámításával, amelyek megalapoznák a νSI létezését.

Relativisztikus hidrodinamika

Tanulmányukban Chang csapata újra megvizsgálta a problémát, figyelembe véve az újonnan kialakuló neutroncsillagból kifelé áramló neutrínókat a mag-összeomlású szupernóva közepén. A relativisztikus hidrodinamika korlátai mellett számításaik azt mutatták, hogy a νSI hatására a részecskék együttesen hatnak, és sűrű, szorosan összekapcsolódó és táguló folyadékot alkotnak.

A kutatók azt is javasolják, hogy ez a terjeszkedés két lehetséges utat követhet. Az első forgatókönyv szerint a neutrínók hirtelen kitöréssel áradnának ki. Az eredmény egy neutrínófolyadék lenne, amely messze túlnyúlik a központi neutroncsillagnál – vagyis a csillagászok által megfigyelt neutrínóimpulzus hosszabb ideig tart. A második esetben a neutrínók ehelyett egyenletes, kisebb sűrűségű szélben áramlanak. Itt a νSI hatásai a neutroncsillaghoz közelebb tűnnének el, ami rövidebb neutrínó impulzust eredményezne.

Chang csapata most azt reméli, hogy ötleteiket felhasználják további számításokban, amelyek lehetővé teszik a csillagászok számára, hogy azonosítsák a νSI bizonyítékát az SN 1987A neutrínóadataiban. „A szupernóvák dinamikája bonyolult, de ez az eredmény ígéretes, mert tudjuk, hogy a relativisztikus hidrodinamikával elágazik az út, ha megértjük, hogyan működnek most” – mondja Chang.

A szupernóvákon belüli neutrínóképződéssel kapcsolatos ismereteik alapján a kutatók azt jósolják, hogy az állandó szél elmélete valószínűbb, mint a kitöréses kiáramlás esete – de egyelőre több munkára lesz szükség annak megállapítására, hogy mindkét jelenség előfordulhat-e ugyanabban a robbanásban. .

Végső soron felfedezéseik sokkal könnyebbé tehetik a csillagászok számára, hogy bizonyítékokat gyűjtsenek a νSI-re, miután új szupernóvákat észlelnek a Tejútrendszerben vagy annak galaktikus szomszédságában – bár ezek még évtizedek múlva is előfordulhatnak. „Mindig azért imádkozunk, hogy valahol és hamarosan bekövetkezzen egy újabb galaktikus szupernóva, de a legjobb, amit tehetünk, hogy megpróbáljuk a lehető legtöbbet építeni arra, amit tudunk, mielőtt ez megtörténne” – mondja Chang.

A kutatás leírása a Fizikai áttekintés betűk.

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa