Promene tipa neutrina mogle bi biti ključne za izazivanje supernova

Uprkos tome što su neuhvatljivi, neutrini nastaju u izobilju tokom nekih od najsilovitijih događaja u univerzumu. Jedna od njihovih najčudnijih osobina je to što mogu spontano da prelaze iz jednog u drugi od tri tipa - fenomen poznat kao oscilacija neutrina, koji je i dalje slabo shvaćen u ekstremnim astrofizičkim okruženjima.

Istraživači sa Univerziteta Vaseda u Tokiju otkrili su ubedljive dokaze da naročito brz oblik ovog prelaza, nazvan „brza konverzija“, ima centralnu ulogu u tome da li umiruća zvezda eksplodira kao supernova.

Preporučujemo

Kada masivna zvezda potroši svoje nuklearno gorivo, njeno jezgro se urušava pod uticajem gravitacije i formira vreo, gust objekat koji se naziva proto-neutronska zvezda. Ovaj kolaps stvara udarni talas koji, ako je dovoljno snažan, rastura zvezdu u supernovi usled kolapsa jezgra.

Iako su neutrini proizvedeni u kolabirajućem jezgru glavni pokretač ovog snabdevanja energijom, samo će određeni tipovi reagovati dovoljno jako sa okolnom materijom da bi je zagrejali. Kao rezultat toga, oscilacija neutrina igra ključnu ulogu: ako neutrini promene tip u pogrešnom trenutku, zagrevanje može oslabiti i eksplozija će izostati.

U jednom obliku oscilacije, nazvanom „brza konverzija“, gusti rojevi neutrina izazivaju kolektivne promene tipova u izuzetno kratkim periodima. Na osnovu postojećih teorija, astronomi predviđaju da ovaj proces mora biti posebno važan za supernove nastale kolapsom jezgra — ali je to izuzetno teško za proučavanje.

Ova konverzija se može dogoditi na distancama od samo nekoliko centimetara i u vremenskim razmerama od nekoliko nanosekundi, što je daleko ispod rezolucije koju trenutne simulacije supernova mogu da postignu.

Modeliranje kolapsa

Istraživači su kreirali teorijske modele kolabirajućih zvezda u različitim rasponima masa. U okviru modela su inkorporirali brzu konverziju tipova u simulacije koje prate kako se neutrini kreću i stupaju u interakciju u svim pravcima.

Ovaj pristup je bio računarski mnogo zahtevniji od standardnih metoda — ali je omogućio da se distribucija neutrina vidi mnogo detaljnije i sa manje pretpostavki.

Kalkulacije su pokazale da je ishod blisko povezan sa brzinom kojom materijal pada unutra na proto-neutronsku zvezdu – kvantitet koji se naziva „stopa akrecije mase“.

Kad je stopa akrecije mala, brza konverzija povećava energiju dobijenu od neutrina i doprinosi eksploziji. Nasuprot tome, kada je stopa akrecije velika, konverzija redukuje ukupan učinak neutrina dovoljno da priguši eksploziju.

Istraživači kažu da jednostavniji, manje detaljni tretmani ponašanja neutrina mogu da promaše istinsku brzu konverziju, kao i da predvide njeno generisanje tamo gde se zapravo ne dešava — potencijalno iskrivljujući predviđanja da li zvezda eksplodira ili se tiho urušava.

Za astronome, ovi nalazi sugerišu da će otkrivanje prave uloge oscilacije neutrina u zvezdanim eksplozijama zahtevati sofisticiranije modele, čak i uz znatnu računarsku cenu.

(Telegraf Nauka/Phys.org)