נוזלי ניוטרינו בסופרנובות יכולים להצביע על פיזיקה חדשה - עולם הפיזיקה

נוזלי ניוטרינו בסופרנובות יכולים להצביע על פיזיקה חדשה - עולם הפיזיקה

חותמת זמן: 6 בספטמבר 2023 12:22
צומת המקור: 2866448

תמונה מורכבת של SN 1987A
מצב נוזלי: תמונה מורכבת של השריד של SN 1987A. ניטרינו מסופרנובות כאלה יכולים לספק רמזים על פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי. (באדיבות: Alma/NASA/ESA)

נייטרינו שנוצרו בכוכבים מתפוצצים יכולים להצביע על פיזיקה מעבר למודל הסטנדרטי, על פי חישובים שנעשו על ידי פו-וון צ'אנג ועמיתים באוניברסיטת אוהיו סטייט בארה"ב. עבודתם מסבירה כיצד אינטראקציה היפותטית משפיעה על דופק הנייטרינים שנוצר בסופרנובה של קריסת ליבה - דבר שניתן לראות בתצפיות קיימות ועתידיות של סופרנובות.

ניוטרינו הם חלקיקים תת-אטומיים בעלי מסה נמוכה וניטרליות חשמלית שיכולים לעבור מרחקים ארוכים דרך החומר מבלי לקיים אינטראקציה. הם מיוצרים בכמויות עצומות על ידי כמה תהליכים אסטרופיזיים ואסטרונומים משתמשים בגלאים ענקיים כדי לחקור את הנייטרינו המגיעים לכדור הארץ. בנוסף לספר לנו משהו על אסטרופיזיקה, חקר הניטרינו הקוסמיים הללו יכול לספק תובנות לגבי טבעם של החלקיקים עצמם.

כעת, הצוות של צ'אנג חקר את האפשרות שפיצוצי סופרנובות עלולים לעורר התנהגויות נייטרינו שלא ניתן להסביר על ידי המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים.

מצבים קיצוניים

המודל הסטנדרטי אומר שניטרינו מקיימים אינטראקציה זה עם זה באמצעות הכוח הגרעיני החלש או כוח הכבידה. אבל במהלך סופרנובות של קריסת הליבה, החלקיקים צפויים להיות צפופים כל כך עד שהם מתפזרים זה מזה בתדירות גבוהה הרבה יותר מהרגיל. בתנאים קיצוניים כאלה, כמה תיאוריות שחורגות מהמודל הסטנדרטי מציעות שאינטראקציה היפותטית הנקראת "אינטראקציה עצמית מוגברת" (νSI), יכולה להופיע. אינטראקציה זו צפויה להיות חזקה בסדרי גודל מהאינטראקציה החלשה ולכן אמורה להשפיע על התנהגות הנייטרינים בסופרנובות כאלה.

עבור אסטרונומים, הזדמנות לצפות בהשפעה זו הגיעה בשנת 1987, כאשר 25 נייטרינו מ-SN 1987A נרשמו בשלושה גלאי נייטרינו. SN 1987A הייתה סופרנובה של קריסת ליבה שהתרחשה במרחק של 168,000 שנות אור בלבד בענן המגלן הגדול.

הרעיון הכללי הוא ש-νSI היה צריך להשפיע על אופי דופק הנייטרינו שזוהה כאן על כדור הארץ. עם זאת, בעשורים שלאחר האירוע, פיסיקאים התקשו לחשב השפעות ניתנות לצפייה באות הנייטרינו של SN 1987A שיבססו את קיומו של νSI.

הידרודינמיקה יחסית

במחקרם, הצוות של צ'אנג בחן מחדש את הבעיה על ידי התחשבות בניטרינו הזורמים החוצה מכוכב הנייטרונים החדש שנוצר במרכזה של סופרנובה שהתמוטטת הליבה. תחת אילוצי ההידרודינמיקה היחסותית, החישובים שלהם הראו ש-νSI יגרום לחלקיקים לפעול ביחד כדי ליצור נוזל צפוף, צמוד ומתרחב.

החוקרים גם מציעים שההרחבה הזו יכולה ללכת בשני מסלולים אפשריים. בתרחיש הראשון, ניטרינו יזרמו החוצה בפרץ פתאומי. התוצאה תהיה נוזל נייטרינו המשתרע הרבה מעבר לכוכב הנייטרונים המרכזי - כלומר דופק הניטרינו שנצפה על ידי אסטרונומים יימשך זמן רב יותר. במקרה השני, נייטרינו במקום זורם ברוח קבועה עם צפיפות נמוכה יותר. כאן, ההשפעות של νSI ייעלמו קרוב יותר לכוכב הנייטרונים, וכתוצאה מכך דופק נייטרינו קצר יותר.

הצוות של צ'אנג מקווה כעת שהרעיונות שלהם ישמשו בחישובים נוספים שיוכלו לאפשר לאסטרונומים לזהות עדויות ל-νSI בנתוני נייטרינו מ-SN 1987A. "הדינמיקה של סופרנובות היא מסובכת, אבל התוצאה הזו מבטיחה כי עם הידרודינמיקה רלטיביסטית אנחנו יודעים שיש מזלג בדרך בהבנת איך הן פועלות עכשיו", אומר צ'אנג.

בהתבסס על הידע שלהם על ייצור ניטרינו בתוך סופרנובות, החוקרים חוזים שתיאוריית הרוח היציבה שלהם היא סבירה יותר ממקרה של פרץ יציאה - אך לעת עתה, תידרש עבודה נוספת כדי לקבוע אם שתי התופעות עלולות להתרחש באותו פיצוץ או לא. .

בסופו של דבר, התגליות שלהם עשויות להקל בהרבה על אסטרונומים לאסוף עדויות ל-νSI ברגע שסופרנובות חדשות נצפו בשביל החלב או בשכונתו הגלקטית - אם כי ייתכן שאלו עדיין עשרות שנים בהמשך. "אנחנו תמיד מתפללים שסופרנובה גלקטית נוספת תתרחש אי שם ובקרוב, אבל הכי טוב שאנחנו יכולים לעשות הוא לנסות לבנות על מה שאנחנו יודעים כמה שיותר לפני שזה יקרה", אומר צ'אנג.

המחקר מתואר ב מכתבי סקירה פיזית.

בול זמן:

עוד מ עולם הפיזיקה