ของเหลวนิวตริโนในซุปเปอร์โนวาอาจชี้ไปที่ฟิสิกส์ใหม่ - โลกฟิสิกส์

ของเหลวนิวตริโนในซุปเปอร์โนวาอาจชี้ไปที่ฟิสิกส์ใหม่ - โลกฟิสิกส์

Time Stamp: 6 กันยายน 2023 12:22 น.
โหนดต้นทาง: 2866448

ภาพรวมของ SN 1987A
สถานการณ์ของไหล: ภาพถ่ายรวมของส่วนที่เหลือของ SN 1987A นิวตริโนจากซูเปอร์โนวาดังกล่าวสามารถให้เบาะแสเกี่ยวกับฟิสิกส์นอกเหนือจากแบบจำลองมาตรฐานได้ (เอื้อเฟื้อโดย: อัลมา/นาซา/อีเอสเอ)

นิวตริโนที่สร้างขึ้นในดาวฤกษ์ที่ระเบิดสามารถชี้ไปที่ฟิสิกส์ที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐาน ตามการคำนวณของ โปเหวินฉาง และเพื่อนร่วมงานที่ Ohio State University ในสหรัฐอเมริกา งานของพวกเขาอธิบายว่าปฏิสัมพันธ์สมมุติส่งผลต่อชีพจรของนิวตริโนที่เกิดขึ้นในซูเปอร์โนวาแกนกลางที่ยุบตัวอย่างไร ซึ่งเป็นสิ่งที่สามารถเห็นได้ในการสังเกตการณ์ซูเปอร์โนวาที่มีอยู่และในอนาคต

นิวตริโนเป็นอนุภาคย่อยของอะตอมที่มีมวลต่ำและเป็นกลางทางไฟฟ้า ซึ่งสามารถเดินทางในระยะทางไกลผ่านสสารได้โดยไม่ต้องมีปฏิกิริยาโต้ตอบ พวกมันถูกสร้างขึ้นในปริมาณมหาศาลโดยกระบวนการทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์และนักดาราศาสตร์ใช้เครื่องตรวจจับขนาดใหญ่เพื่อศึกษานิวตริโนที่มาถึงโลก นอกจากจะบอกเราบางอย่างเกี่ยวกับดาราศาสตร์ฟิสิกส์แล้ว การศึกษานิวตริโนในจักรวาลเหล่านี้ยังสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับธรรมชาติของอนุภาคได้

ขณะนี้ ทีมงานของ Chang ได้สำรวจความเป็นไปได้ที่การระเบิดของซุปเปอร์โนวาสามารถกระตุ้นให้เกิดพฤติกรรมของนิวตริโน ซึ่งแบบจำลองมาตรฐานของฟิสิกส์อนุภาคไม่สามารถอธิบายได้

สภาวะสุดขั้ว

แบบจำลองมาตรฐานกล่าวว่านิวตริโนมีปฏิกิริยาต่อกันผ่านแรงนิวเคลียร์หรือแรงโน้มถ่วงที่อ่อนแอ แต่ในช่วงซุปเปอร์โนวาที่แกนกลางยุบตัว อนุภาคต่างๆ คาดว่าจะหนาแน่นมากจนกระจายออกจากกันบ่อยกว่าปกติ ในสภาวะที่รุนแรงเช่นนี้ ทฤษฎีบางทฤษฎีที่อยู่นอกเหนือแบบจำลองมาตรฐานแนะนำว่าปฏิสัมพันธ์สมมุติที่เรียกว่า "ปฏิสัมพันธ์ในตนเองที่ได้รับการปรับปรุง" (νSI) อาจเกิดขึ้นได้ อันตรกิริยานี้คาดการณ์ว่าจะมีลำดับความสำคัญมากกว่าอันตรกิริยาแบบอ่อน และด้วยเหตุนี้จึงน่าจะส่งผลต่อพฤติกรรมของนิวตริโนในซุปเปอร์โนวาดังกล่าว

สำหรับนักดาราศาสตร์ โอกาสในการสังเกตผลกระทบนี้เกิดขึ้นในปี 1987 เมื่อมีการลงทะเบียนนิวตริโน 25 ตัวจาก SN 1987A ในเครื่องตรวจจับนิวตริโนสามเครื่อง SN 1987A เป็นซูเปอร์โนวาแกนกลางที่ยุบตัวซึ่งเกิดขึ้นห่างออกไปเพียง 168,000 ปีแสงในเมฆแมกเจลแลนใหญ่

แนวคิดทั่วไปก็คือ νSI ควรส่งผลต่อธรรมชาติของชีพจรนิวตริโนที่ตรวจพบบนโลก อย่างไรก็ตาม ในช่วงหลายทศวรรษหลังจากเหตุการณ์นี้ นักฟิสิกส์พยายามอย่างหนักในการคำนวณผลกระทบที่สังเกตได้ในสัญญาณนิวตริโนของ SN 1987A ที่จะทำให้เกิดการมีอยู่ของ νSI

อุทกพลศาสตร์เชิงสัมพัทธภาพ

ในการศึกษา ทีมงานของ Chang ได้ทบทวนปัญหาอีกครั้งโดยพิจารณาจากนิวตริโนที่ไหลออกจากดาวนิวตรอนที่เพิ่งก่อตัวใหม่ที่ใจกลางของซูเปอร์โนวาแกนกลางที่ยุบตัว ภายใต้ข้อจำกัดของอุทกพลศาสตร์เชิงสัมพัทธภาพ การคำนวณของพวกเขาแสดงให้เห็นว่า νSI จะทำให้อนุภาคทำงานร่วมกันเพื่อสร้างของเหลวที่มีความหนาแน่น ควบแน่นและขยายตัว

นักวิจัยยังแนะนำว่าการขยายตัวนี้อาจเป็นไปตามสองเส้นทางที่เป็นไปได้ ในสถานการณ์แรก นิวตริโนจะไหลออกมาอย่างกะทันหัน ผลลัพธ์ที่ได้คือของเหลวนิวตริโนที่ขยายออกไปไกลกว่าดาวนิวตรอนใจกลาง ซึ่งหมายความว่าชีพจรนิวตริโนที่นักดาราศาสตร์สังเกตได้จะอยู่ได้นานกว่า ในกรณีที่สอง นิวทริโนจะไหลไปตามลมที่สม่ำเสมอและมีความหนาแน่นต่ำกว่า ในกรณีนี้ ผลกระทบของ νSI จะหายไปใกล้กับดาวนิวตรอนมากขึ้น ส่งผลให้พัลส์นิวตริโนสั้นลง

ทีมของ Chang หวังว่าความคิดของพวกเขาจะถูกนำมาใช้ในการคำนวณเพิ่มเติมที่อาจทำให้นักดาราศาสตร์สามารถระบุหลักฐานของ νSI ในข้อมูลนิวตริโนจาก SN 1987A ได้ “พลศาสตร์ของซุปเปอร์โนวามีความซับซ้อน แต่ผลลัพธ์นี้มีแนวโน้มดีเพราะด้วยอุทกพลศาสตร์เชิงสัมพัทธภาพ เรารู้ว่าต้องมีทางแยกในการทำความเข้าใจว่าพวกมันทำงานอย่างไรในตอนนี้” Chang กล่าว

จากความรู้เกี่ยวกับการผลิตนิวตริโนภายในซูเปอร์โนวา นักวิจัยคาดการณ์ว่าทฤษฎีลมคงที่มีแนวโน้มมากกว่ากรณีการระเบิด แต่สำหรับตอนนี้ จำเป็นต้องมีการทำงานเพิ่มเติมเพื่อพิจารณาว่าปรากฏการณ์ทั้งสองนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในการระเบิดครั้งเดียวกันหรือไม่ .

ท้ายที่สุดแล้ว การค้นพบของพวกเขาอาจทำให้นักดาราศาสตร์รวบรวมหลักฐานสำหรับ νSI ได้ง่ายขึ้นมากเมื่อมีการสังเกตซูเปอร์โนวาใหม่ในทางช้างเผือกหรือบริเวณใกล้เคียงของกาแลคซี แม้ว่าสิ่งเหล่านี้อาจจะยังอีกยาวหลายทศวรรษก็ตาม “เรามักจะอธิษฐานขอให้ซุปเปอร์โนวากาแล็กซีเกิดขึ้นที่ไหนสักแห่งในเร็วๆ นี้ แต่สิ่งที่ดีที่สุดที่เราทำได้คือพยายามสร้างสิ่งที่เรารู้ให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ก่อนที่มันจะเกิดขึ้น” Chang กล่าว

งานวิจัยได้อธิบายไว้ใน จดหมายทางกายภาพความคิดเห็น.

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์