Trzy smaki są lepsze niż jeden – także w badaniach supernowych
Badania pokazują, że ignorujemy kluczowe wskazówki pomagające zrozumieć śmierć gwiazd.
Nowe badania przeprowadzone na Northwestern University wykazały, że badając wszystkie trzy „smaki” występujące w supernowej, naukowcy odkryli więcej wskazówek na temat tego, jak i dlaczego umierają gwiazdy.
Naukowcy przyglądają się neutrinom w poszukiwaniu istotnych informacji o wybuchach supernowych. Podczas gdy poprzednie badania zidentyfikowały trzy „smaki” neutrin, wielu naukowców nadal upraszczało badania na ten temat, badając „wanilię”, a ignorując „czekoladę” i „truskawkę”.
Uwzględniając w badaniu wszystkie trzy smaki, naukowcy z Northwestern pogłębili wiedzę o umierających gwiazdach i zaczęli wyjaśniać istniejące hipotezy.
Podczas eksplozji supernowej 99% energii martwej gwiazdy jest emitowane przez neutrina. Podróżując prawie z prędkością światła i niezwykle słabo oddziałując z materią, neutrina są pierwszymi posłańcami, którzy dotarli do Ziemi i wskazują, że gwiazda umarła.
Od czasu pierwszego wykrycia neutrin w latach pięćdziesiątych XX wieku, fizycy cząstek elementarnych i astrofizycy poczynili ważne postępy w zrozumieniu, wykrywaniu i tworzeniu neutrin. Aby jednak ograniczyć złożoność modeli, wiele osób badających cząsteczki subatomowe przyjmuje założenia upraszczające badania – na przykład, że neutrina nieelektronowe zachowują się identycznie, gdy są wyrzucane z supernowej.
Częścią tego, co sprawia, że badanie neutrin jest skomplikowane, jest to, że pochodzą one ze zwartych obiektów (wnętrza gwiazdy), a następnie oddziałują ze sobą. Oznacza to, że gdy jeden smak oddziałuje, jego ewolucja ma wpływ na wszystkie pozostałe smaki w układzie.
W rezultacie, kiedy ogromna ilość neutrin jest gwałtownie wysyłana podczas masywnej eksplozji supernowej związanej z zapadnięciem się jądra masywnej gwiazdy, zaczynają oscylować. Interakcje między neutrinami zmieniają właściwości i zachowanie całego układu, tworząc sprzężony związek.
Dlatego też, gdy gęstość neutrin jest wysoka, część neutrin wymienia smaki. Kiedy różne smaki są emitowane w różnych kierunkach w głębi gwiazdy, przekształcenia zachodzą szybko i nazywane są „szybkimi konwersjami”. Co ciekawe, badania wykazały, że wraz ze wzrostem liczby neutrin, niezależnie od masy, rosną ich współczynniki konwersji.
W badaniu naukowiec stworzył nieliniową symulację „szybkiej konwersji”, gdy obecne są trzy aromaty neutrin, gdzie szybką konwersję cechują oddziałujące neutrina i zmieniające się smaki. Naukowcy usunęli założenie, że trzy smaki neutrin – neutrina mionowe, elektronowe i tau – mają ten sam rozkład kątowy, nadając każdemu inny rozkład.
Dwusmakowy układ tej samej koncepcji dotyczy neutrin elektronowych i neutrin “x”, w których x może oznaczać neutrina mionowe lub tau, a różnice między nimi są nieznaczne.
Naukowcy pokazali, że w rzeczywistości wszystkie smaki są istotne, a ignorowanie obecności mionów nie jest dobrą strategią. Uwzględniając je pokazują, że poprzednie wyniki są niekompletne i że drastycznie się one zmieniają, gdy uwzględni się trzy smaki.
Chociaż badania mogą mieć poważne implikacje zarówno dla fizyków cząstek, jak i astrofizyków, nawet modele użyte w tych badaniach zawierały uproszczenia. Zespół ma nadzieję, że ich wyniki będą bardziej ogólne poprzez uwzględnienie wymiarów przestrzennych oprócz składowych pędu i czasu.
Opracowanie:
Agnieszka Nowak
Źródło:
