超新星中のニュートリノ流体は新しい物理学を指し示す可能性 – Physics World

爆発する星で生成されるニュートリノは、標準模型を超えた物理学を示す可能性がある、との計算によると、 ポー・ウェン・チャン と米国のオハイオ州立大学の同僚たち。 彼らの研究は、仮説的な相互作用が、核崩壊超新星で生成されるニュートリノのパルスにどのような影響を与えるかを説明しています。これは、超新星の既存および将来の観測で見られる可能性のあるものです。

ニュートリノは低質量で電気的に中性の素粒子であり、相互作用することなく物質中を長距離移動できます。 ニュートリノは天体物理学的プロセスによって大量に生成され、天文学者は地球に到達するニュートリノを研究するために巨大な検出器を使用します。 これらの宇宙ニュートリノを研究することで、天体物理学について何かを知ることができるだけでなく、粒子自体の性質についての洞察も得られます。

現在、チャン氏のチームは、超新星爆発が素粒子物理学の標準モデルでは説明できないニュートリノの挙動を引き起こす可能性を調査した。

極限状態

標準模型では、ニュートリノは弱い核力または重力を介して相互作用すると述べています。 しかし、核崩壊超新星の間、粒子は非常に密集するため、通常よりもはるかに頻繁に互いに散乱すると予想されます。 このような極限状態では、標準モデルを超えるいくつかの理論は、「強化された自己相互作用」（νSI）と呼ばれる仮説的な相互作用が出現する可能性を示唆しています。 この相互作用は弱い相互作用よりも桁違いに強いと予測されており、したがってそのような超新星におけるニュートリノの挙動に影響を与えるはずです。

天文学者にとって、この効果を観察する機会は 1987 年に訪れました。このとき、SN 25A からの 1987 個のニュートリノが 1987 台のニュートリノ検出器に記録されました。 SN 168,000A は、わずか XNUMX 光年離れた大マゼラン雲で発生した核崩壊超新星です。

一般的な考え方は、νSI は地球上で検出されたニュートリノ パルスの性質に影響を与えたはずであるというものです。 しかし、この現象から数十年間、物理学者たちは、νSI の存在を立証する、SN 1987A のニュートリノ信号における観測可能な影響を計算するのに苦労してきました。

相対論的流体力学

研究の中で、チャン氏のチームは、核崩壊超新星の中心で新たに形成された中性子星から外側に流れるニュートリノを考慮することで、この問題を再検討した。 彼らの計算は、相対論的流体力学の制約の下で、νSI が粒子を集合的に作用させて、高密度で緊密に結合し、膨張する流体を形成することを示しました。

研究者らはまた、この拡大は XNUMX つの可能な経路をたどる可能性があると示唆しています。 最初のシナリオでは、ニュートリノが突然流出します。 その結果、ニュートリノ流体が中心の中性子星をはるかに越えて広がることになる。これは、天文学者が観測したニュートリノパルスがより長く持続することを意味する。 XNUMX 番目のケースでは、ニュートリノは密度が低い定常風に乗って流れます。 ここで、νSI の効果は中性子星に近づくと消え、その結果ニュートリノパルスが短くなります。

一部の宇宙ニュートリノは結局宇宙ではないかもしれません

Chang 氏のチームは現在、彼らのアイデアがさらなる計算に使用され、天文学者が SN 1987A のニュートリノ データから νSI の証拠を特定できるようになることを期待しています。 「超新星の力学は複雑ですが、この結果は有望です。なぜなら、相対論的流体力学では、超新星が現在どのように機能するかを理解する上で分かれ道があることが分かっているからです」とチャン氏は言う。

研究者らは、超新星内部でのニュートリノ生成に関する知識に基づいて、定常風の理論の方がバースト流出の場合よりもあり得ると予測しているが、今のところ、両方の現象が同じ爆発で起こり得るかどうかを判断するには、さらなる研究が必要となるだろう。 。

最終的には、彼らの発見により、天の川銀河やその周辺銀河で新たな超新星が観測されれば、天文学者はνSIの証拠を集めるのがはるかに簡単になる可能性があるが、それはまだ数十年先になるかもしれない。 「私たちはいつも、銀河超新星がすぐにどこかで起こることを祈っていますが、私たちにできる最善のことは、それが起こる前にできる限り知っていることを基礎にして努力することです」とチャン氏は言う。

研究はで説明されています Physical Review Lettersに.

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