Neutrinovätskor i supernovor kan peka på ny fysik – Physics World

Neutrinos skapade i exploderande stjärnor kan peka på fysik bortom standardmodellen, enligt beräkningar gjorda av Po-Wen Chang och kollegor vid Ohio State University i USA. Deras arbete förklarar hur en hypotetisk interaktion påverkar pulsen hos neutriner som genereras i en kärnkollapssupernova – något som kan ses i befintliga och framtida observationer av supernovor.

Neutrinos är lågmassa och elektriskt neutrala subatomära partiklar som kan resa långa sträckor genom materia utan att interagera. De produceras i stora mängder av vissa astrofysiska processer och astronomer använder enorma detektorer för att studera neutrinerna som anländer till jorden. Förutom att berätta något om astrofysik, kan studier av dessa kosmiska neutriner ge insikter i själva partiklarnas natur.

Nu har Changs team undersökt möjligheten att supernovexplosioner kan utlösa neutrinobeenden som inte kan förklaras av standardmodellen för partikelfysik.

Extrema förhållanden

Standardmodellen säger att neutriner interagerar med varandra via den svaga kärnkraften eller gravitationen. Men under kärnkollapssupernovor förväntas partiklarna bli så tätt packade att de sprider varandra mycket oftare än vanligt. Under sådana extrema förhållanden tyder några teorier som går utöver standardmodellen att en hypotetisk interaktion som kallas "förbättrad självinteraktion" (νSI), skulle kunna uppstå. Denna interaktion förutspås vara storleksordningar starkare än den svaga interaktionen och bör därför påverka neutrinernas beteende i sådana supernovor.

För astronomer kom en möjlighet att observera denna effekt 1987, då 25 neutrinos från SN 1987A registrerades i tre neutrinodetektorer. SN 1987A var en kärnkollapssupernova som inträffade bara 168,000 XNUMX ljusår bort i det stora magellanska molnet.

Den allmänna tanken är att νSI borde ha påverkat arten av neutrinopulsen som upptäcktes här på jorden. Men under decennierna efter händelsen har fysiker kämpat för att beräkna observerbara effekter i SN 1987A:s neutrinosignal som skulle fastställa existensen av νSI.

Relativistisk hydrodynamik

I sin studie återupptog Changs team problemet genom att överväga neutriner som strömmar ut från den nybildade neutronstjärnan i mitten av en kärnkollapssupernova. Under den relativistiska hydrodynamikens begränsningar visade deras beräkningar att νSI skulle få partiklarna att agera kollektivt för att bilda en tät, tätt kopplad och expanderande vätska.

Forskarna föreslår också att denna expansion kan följa två möjliga vägar. I det första scenariot skulle neutriner flöda ut i en plötslig explosion. Resultatet skulle bli en neutrinovätska som sträcker sig långt bortom den centrala neutronstjärnan – vilket innebär att neutrinopulsen som observerats av astronomer skulle pågå längre. I det andra fallet flyter neutriner istället i en jämn vind med lägre densitet. Här skulle effekterna av νSI försvinna närmare neutronstjärnan, vilket resulterade i en kortare neutrinopuls.

Vissa kosmiska neutriner är kanske inte kosmiska trots allt

Changs team hoppas nu att deras idéer kommer att användas i ytterligare beräkningar som kan göra det möjligt för astronomer att identifiera bevis på νSI i neutrinodata från SN 1987A. "Supernovornas dynamik är komplicerad, men det här resultatet är lovande eftersom vi med relativistisk hydrodynamik vet att det finns en gaffel i vägen för att förstå hur de fungerar nu," säger Chang.

Baserat på sin kunskap om neutrinoproduktion inuti supernovor, förutspår forskarna att deras teori om stadiga vind är mer sannolikt än fallet med burst-utflöde – men för närvarande kommer mer arbete att behövas för att avgöra om båda fenomenen kan inträffa i samma explosion eller inte .

I slutändan kan deras upptäckter göra det mycket lättare för astronomer att samla bevis för νSI när nya supernovor observeras i Vintergatan eller dess galaktiska grannskap – även om dessa fortfarande kan vara decennier framåt. "Vi ber alltid om att ytterligare en galaktisk supernova ska hända någonstans och snart, men det bästa vi kan göra är att försöka bygga på det vi vet så mycket som möjligt innan det händer", säger Chang.

Forskningen beskrivs i Fysiska granskningsbrev.

• SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
• Platoesg. Fordon / elbilar, Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
• PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
• ChartPrime. Höj ditt handelsspel med ChartPrime. Tillgång här.
• BlockOffsets. Modernisera miljökompensation ägande. Tillgång här.
• Källa: https://physicsworld.com/a/neutrino-fluids-in-supernovae-could-point-to-new-physics/