Cairan neutrino dalam supernova dapat menunjukkan fisika baru – Dunia Fisika

Cairan neutrino dalam supernova dapat menunjukkan fisika baru – Dunia Fisika

Stempel Waktu: 6 September 2023 12
Node Sumber: 2866448

Gambar komposit SN 1987A
Situasi cair: gambar komposit sisa SN 1987A. Neutrino dari supernova semacam itu dapat memberikan petunjuk tentang fisika di luar Model Standar. (Sumber: Alma/NASA/ESA)

Neutrino yang tercipta dari bintang yang meledak dapat menunjukkan fisika di luar Model Standar, menurut perhitungan yang dilakukan oleh Po-Wen Chang dan rekan-rekannya di Ohio State University di AS. Pekerjaan mereka menjelaskan bagaimana interaksi hipotetis mempengaruhi denyut neutrino yang dihasilkan dalam supernova keruntuhan inti – sesuatu yang dapat dilihat dalam pengamatan supernova saat ini dan di masa depan.

Neutrino adalah partikel subatom bermassa rendah dan netral secara listrik yang dapat menempuh jarak jauh melalui materi tanpa berinteraksi. Mereka diproduksi dalam jumlah besar melalui beberapa proses astrofisika dan para astronom menggunakan detektor besar untuk mempelajari neutrino yang tiba di Bumi. Selain memberi tahu kita sesuatu tentang astrofisika, mempelajari neutrino kosmik ini dapat memberikan wawasan tentang sifat partikel itu sendiri.

Kini, tim Chang telah mengeksplorasi kemungkinan ledakan supernova dapat memicu perilaku neutrino yang tidak dapat dijelaskan oleh Model Standar fisika partikel.

Kondisi ekstrim

Model Standar mengatakan bahwa neutrino berinteraksi satu sama lain melalui gaya nuklir lemah atau gravitasi. Namun selama supernova keruntuhan inti, partikel-partikel tersebut diperkirakan menjadi sangat padat sehingga mereka berhamburan jauh lebih sering dari biasanya. Dalam kondisi ekstrem seperti itu, beberapa teori yang melampaui Model Standar menyatakan bahwa interaksi hipotetis yang disebut “interaksi diri yang ditingkatkan” (νSI), dapat muncul. Interaksi ini diperkirakan akan lebih kuat daripada interaksi lemah dan oleh karena itu akan mempengaruhi perilaku neutrino dalam supernova tersebut.

Bagi para astronom, kesempatan untuk mengamati efek ini terjadi pada tahun 1987, ketika 25 neutrino dari SN 1987A terdaftar di tiga detektor neutrino. SN 1987A adalah supernova keruntuhan inti yang terjadi hanya 168,000 tahun cahaya jauhnya di Awan Magellan Besar.

Ide umumnya adalah bahwa νSI seharusnya mempengaruhi sifat pulsa neutrino yang terdeteksi di Bumi. Namun, dalam beberapa dekade setelah peristiwa tersebut, fisikawan kesulitan menghitung efek yang dapat diamati pada sinyal neutrino SN 1987A yang akan membuktikan keberadaan νSI.

Hidrodinamika relativistik

Dalam studi mereka, tim Chang meninjau kembali masalah tersebut dengan mempertimbangkan neutrino yang mengalir keluar dari bintang neutron yang baru terbentuk di pusat supernova keruntuhan inti. Di bawah batasan hidrodinamika relativistik, perhitungan mereka menunjukkan bahwa νSI akan menyebabkan partikel-partikel tersebut bertindak secara kolektif membentuk fluida yang padat, berpasangan erat, dan mengembang.

Para peneliti juga berpendapat bahwa perluasan ini dapat mengikuti dua kemungkinan jalur. Dalam skenario pertama, neutrino akan mengalir keluar secara tiba-tiba. Hasilnya adalah cairan neutrino yang melampaui bintang neutron pusat – yang berarti denyut neutrino yang diamati oleh para astronom akan bertahan lebih lama. Dalam kasus kedua, neutrino mengalir dalam angin stabil dengan kepadatan lebih rendah. Di sini, efek νSI akan menghilang lebih dekat ke bintang neutron, sehingga menghasilkan pulsa neutrino yang lebih pendek.

Tim Chang sekarang berharap ide mereka akan digunakan dalam perhitungan lebih lanjut yang memungkinkan para astronom mengidentifikasi bukti νSI dalam data neutrino dari SN 1987A. “Dinamika supernova memang rumit, namun hasil ini menjanjikan karena dengan hidrodinamika relativistik kita mengetahui bahwa masih ada persimpangan dalam memahami cara kerjanya saat ini,” kata Chang.

Berdasarkan pengetahuan mereka tentang produksi neutrino di dalam supernova, para peneliti memperkirakan bahwa teori angin stabil (steady wind) lebih mungkin terjadi dibandingkan kasus aliran ledakan (burst-outflow) – namun untuk saat ini, diperlukan lebih banyak penelitian untuk menentukan apakah kedua fenomena tersebut dapat terjadi dalam ledakan yang sama atau tidak. .

Pada akhirnya, penemuan mereka dapat mempermudah para astronom untuk mengumpulkan bukti νSI ketika supernova baru teramati di Bima Sakti atau lingkungan galaksinya – meskipun hal ini mungkin masih memerlukan waktu beberapa dekade ke depan. “Kami selalu berdoa agar supernova galaksi lain terjadi di suatu tempat dan segera, namun hal terbaik yang bisa kami lakukan adalah mencoba membangun sebanyak mungkin pengetahuan kami sebelum hal itu terjadi,” kata Chang.

Penelitian tersebut dijelaskan dalam Physical Review Letters.

Stempel Waktu:

Lebih dari Dunia Fisika