Robbannak a szupernóvák, röppennek a neutrínók

3340

Egy, a Northwestern Egyetemen végzett kutatás szerint a szupernóva-robbanások részecskefizikai modellezése során a neutrínók három típusát érdemes külön kezelni; ezáltal pontosabb válaszokhoz juthatunk azzal kapcsolatban, hogy a csillagok hogyan és miért jutnak el fejlődésük végállapotába.

A neutrínók (közel nulla tömegű szubatomi részecskék, amelyek rendkívül ritkán lépnek kölcsönhatásba más részecskékkel), bár az anyagra és mindennapi életünkre gyakorolt hatásuk szinte észrevehetetlen, a nagy energiájú folyamatok – így pl. a szupernóva-robbanások – során kulcsfontosságúvá válik a szerepük; ezt jól érzékelteti, hogy egy szupernóva-robbanás során a végállapotba kerülő csillag energiájának 99 százaléka neutrínók formájában szabadul fel. Ráadásul – bár ezt csak a legközelebbi szupernóvák esetében van egyelőre esély megfigyelnünk – a közel fénysebességgel haladó, és az anyaggal a fotonoknál sokkal gyengébben kölcsönható (így az első órákban még meglehetősen sűrű anyagburokból is egyből kijutó) neutrínók az első hírvivők, amelyek elérik a Földet, és jelzik egy csillag halálát.

Ezután könnyen érthető, hogy az ilyen folyamatok elemzése során a neutrínók pontos vizsgálata kritikus lépés lehet az információk megszerzésében. Jelenlegi tudásunk szerint három különböző típusú neutrínó létezik: az elektron-, a müon- és a tau-neutrínó. Az 1950-es években történt felfedezésük óta a részecskefizikusok és asztrofizikusok fontos lépéseket tettek a neutrínók megértésében, detektálásában és létrehozásában. Azért azonban, hogy a modellek összetettségét korlátozzák, a kutatók számos esetben élnek egyszerűsítő feltevésekkel – például, hogy a müon- és tau-neutrínók ugyanúgy viselkednek, amikor egy szupernóva-robbanás során kibocsátódnak.

A Northwestern Egyetem kutatói egy nemrég a Physical Review Letters nevű, rendkívül rangos folyóiratban publikált kutatás során azt találták, hogy a három neutrínótípust teljesen külön kezelve további fontos részleteket ismerhetünk meg a haldokló csillagokkal kapcsolatban.

A kutatás egyik résztvevője, Manibrata Sen szerint az egyik része annak, amitől olyan összetetté válik a neutrínók tanulmányozása, az, hogy a részecskék kompakt objektumokból származnak (jelen esetben egy csillag összesűrűsödött magjából), és ezután kölcsönhatnak egymással, ami egyfajta összefonódási állapotot eredményez. Jelen tudásunk szerint földi körülmények között nem lehet olyan feltételeket teremteni, amelyek esetén a neutrínók egymással ilyen módon kölcsönhatnának; azonban a kompakt objektumokban nagyon nagy a neutrínósűrűség, tehát itt minden neutrínó kölcsönhat egymással. Ennek eredményeként, amikor egy nagy tömegű csillag életét lezáró szupernóva-robbanás során nagyszámú neutrínó özönlik ki, elkezdenek oszcillálni, azaz egyik típusból a másikba átalakulni. A neutrínók közötti kölcsönhatások megváltoztatják a teljes rendszer jellemzőit és viselkedését, ezáltal pedig egy összefonódott állapotot hoznak létre.

Fantáziakép egy szupernóva-robbanás során történő neutrínókibocsátódásról (www.symmetrymagazine.org, Sandbox Studio, Chicago)

Amikor különböző fajta neutrínók sugárzódnak ki a különböző irányokban, mélyen a csillag belsejében, akkor a kölcsönhatási folyamatok időskálája nagyon rövid, ezeket hívják gyors átalakulásoknak. A friss tanulmány egyik érdekes eredménye hogy a neutrínók számának növekedésével a csillag tömegétől függetlenül növekszik az átalakulások rátája is. Vizsgálataik során az amerikai kutatók létrehozták a “gyors átalakulás” egy nemlineáris szimulációját, amikor mindhárom neutrínótípus jelen van, ahol a gyors átalakulást a neutrínók kölcsönhatása és egymásba alakulása jelzi. A kutatók elhagyták azt a feltevést, miszerint a neutrínóknak mindhárom fajtája azonos szögeloszlású, és mindnek különböző eloszlást adtak.

Olyan modelleknél, ahol csak két típus meglétét feltételezik, elektron- és “x”- neutrínókat tekintenek, amelyben az x lehet müon- vagy tau-neutrínó is, és az ezek közötti különbség nem jelentős. Senék megmutatták, hogy ezek mind lényegesek, ezért a müon- (vagy a tau-)neutrínók jelenlétének elhanyagolása nem biztos, hogy jó stratégia. Ezek figyelembevételével megmutatták, hogy a korábbi eredmények nem teljesek, és az eredmények jelentősen megváltoznak, amikor mindhárom neutrínótípus jelenlétével számolnak.

Bár a kutatás jelentősen összefügghet mind a részecske-, mind az asztrofizikával, még az új modellek is tartalmaznak egyszerűsítéseket. A csoport reméli, hogy a jövőben még teljesebb körűvé tudják tenni az eredményeiket, amik így egyúttal bizonyos csillagok szupernóvává válásának okait és körülményeit is jobban érthetővé tehetnék.

Forrás: Science Daily, 2020.12.22

A cikk a Tranziens Asztrofizikai Objektumok GINOP-2-3-2- 15-2016-00033 pályázat, valamint az Innovációs és Technológiai Minisztérium ÚNKP-20-3 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Alapból finanszírozott szakmai támogatásával készült.

Hozzászólás

hozzászólás