Нейтрино можуть розповісти про місця, де вони народилися. І це можуть бути зорі, які готуються спалахнути як наднові. Щобільше, аналізуючи примарні частинки без маси та заряду, можна встановити, перетвориться світило, що їх породило, на чорну діру чи нейтронну зорю.
Значення нейтрино в еволюції зір
Коли масивна зоря остаточно вичерпує свої запаси палива і ядерні реакції, що змушують її розширюватися, припиняються, її ядро колапсує під власною вагою. Надзвичайно висока температура та тиск, що виникають у результаті цього колапсу, стискають протони та електрони, утворюючи нейтрони. Це своєю чергою спричиняє вивільнення величезної кількості примарних частинок, відомих як нейтрино. І, як повідомляє сайт www.space.com, вони можуть багато розповісти про об’єкт, який їх породив.
Зазвичай нейтрино майже не взаємодіють із будь-якими формами матерії. Однак коли ядро масивної зорі колапсує, воно випускає приголомшливу кількість нейтрино — достатню для того, щоб значна їх частина врізалася в шари, розташовані безпосередньо за межами її ядра, і нагріла їх. У деяких випадках таке нагрівання нейтрино може призвести до того, що решта її маси вибухне як наднова, залишивши після себе надзвичайно щільне скупчення нейтронів, відоме як нейтронна зоря. В інших випадках нагрівання нейтрино не призводить до вибуху, і світило колапсує, утворюючи чорну діру.
«Нейтрино — це не другорядна деталь у супернових, — заявила співавторка дослідження Маріам Гогілашвілі, астрофізикиня з Інституту Нільса Бора Копенгагенського університету в Данії. — Вони відводять близько 99 % енергії, що вивільняється під час колапсу ядра, і навіть невелика зміна в їхній поведінці може вирішити долю всієї зорі».
Три «аромати» нейтрино
Досі залишається багато невідомого щодо того, які масивні світила вибухають, даючи початок нейтронним зорям, а які колапсують, утворюючи чорні діри. З’ясування цих деталей може допомогти краще зрозуміти широкий спектр космічних процесів, зокрема те, як зорі, що помирають, наповнювали Всесвіт матерією, з якої сьогодні складається все — від планет до людей.
Щоб отримати уявлення про ці таємниці, вчені досліджували роль, яку може відігравати дивна природа нейтрино. Існує три «аромати» нейтрино — електронні, мюонні й тау-нейтрино, — які названі на честь типу частинок, що утворюються при зіткненні кожного з них з речовиною. У 1998 році фізики виявили, що нейтрино можуть «осцилювати», тобто переходити з одного «аромату» в інший — це відкриття було відзначене Нобелівською премією з фізики 2015 року. (Існують три відповідні «аромати» антинейтрино, які також можуть змінювати свій «аромат»).
Як мюонні, так і тау-нейтрино (та антинейтрино) набагато рідше вступають у взаємодію зі звичайною речовиною, ніж електронні нейтрино (та антинейтрино). Це свідчить про те, що зміна «аромату» нейтрино потенційно може впливати на те, наскільки нейтрино здатні нагрівати речовину в зорі, що помирає, та викликати вибух.
Як нейтрино змінює свій «аромат» у ядрі зорі?
Раніше науковці вважали, що зміна «аромату» відіграватиме лише незначну роль у колапсі вмираючих зір. Однак протягом останнього десятиліття фізики з’ясували, що через неймовірно велику кількість нейтрино, які генерують вмираючі зорі, вони можуть настільки концентруватися, що починають взаємодіяти між собою. Це спричиняє зміни «аромату» нейтрино в ядрі зорі, що колапсує.
У новому дослідженні науковці змоделювали колапс 195 зір, маса яких коливалася від дев’яти до 120 сонячних мас. Вони проаналізували різні припущення щодо того, де саме в ядрах світил, що колапсують, відбувається перетворення «ароматів» нейтрино.
Дослідники виявили, що зміна «аромату» нейтрино може значно зменшити ймовірність того, що вмираючі масивні зорі вибухнуть як наднові, та виявили нейтронні зорі з меншою масою, ніж передбачалося раніше теоретично.
«Примарні частинки» допоможуть розкрити загадки астрофізики
Ці нові відкриття можуть допомогти розгадати низку давніх загадок. Наприклад, астрономи виявили менше наднових, ніж передбачали теоретичні розрахунки — зміна «аромату» нейтрино може допомогти пояснити ці дані, зазначила Гогілашвілі. Зміна «аромату» нейтрино також може допомогти з’ясувати, чому найбільші червоні надгіганти зникають, не викликаючи вибухів наднових — можливо, вони колапсують, перетворюючись на чорні діри.
Крім того, науковці підрахували, що зміна «аромату» нейтрино може призводити до утворення нейтронних зір меншої маси. У майбутньому вчені планують включити більш реалістичні моделі поведінки нейтрино у тривимірні комп’ютерні моделювання масивних світил, щоб зміна «аромату» нейтрино починалася і розвивалася з плином часу в міру згасання зір.
