Нові симуляції показують, що трансформації аромату нейтрино змінюють як композицію, так і сигнали, що залишилися позаду після нейтронна зірка зіткнення.
Коли два нейтронні зірки стикаються і зливаються, результат є однією з найбільш енергійних подій у Всесвіті. Ці катаклізми генерують кілька видів сигналів, які можна виявити із Землі.
Нові симуляції дослідників штату Пенн та університету Теннессі Ноксвілл показують, що те, як крихітні частинки, які називаються нейтрино, змішуються та зміни, впливає як на те, як прогресує злиття, так і те, що воно випромінює. Нейтрино може подорожувати через величезні космічні відстані майже без порушення, і їх поведінка формує результат зіткнення.
За даними команди, результати говорять про давні питання про те, звідки беруться метали та рідкісні елементи Землі, а також допомагають вченим зондувати фізику в екстремальних умовах.
Дослідження, опубліковане в Листи фізичного оглядупершим, хто моделював перетворення “ароматів” нейтрино під час злиттів нейтронної зірки. Нейтрино – це фундаментальні частинки, які лише слабко взаємодіють з речовиною і з’являються у трьох ароматах, названих частинками, які вони супроводжують: Електрон, Муон та Тау. У конкретних умовах, включаючи ті, що знаходяться всередині нейтронної зірки, нейтрино теоретично може перемикати аромати, що, в свою чергу, змінює види частинок, з якими вони взаємодіють.
“Попередні симуляції злиттів бінарної нейтронної зірки не включали трансформацію аромату нейтрино”, – сказав Іі Цю, аспірант з фізики в Пеннському державному коледжі наук та перший автор статті. “This is partly because this process happens on a nanosecond timescale and is very difficult to capture and partly because, until recently, we didn’t know enough about the theoretical physics underlying these transformations, which falls outside of the standard model of physics. In our new simulations, we found that the extent and location of neutrinos mixing and transforming impacts the matter that is ejected from the merger, the structure and composition of what remains after the merger — the remnant – а також матеріал навколо нього ».
Будівництво розширених моделювання
Дослідники побудували комп’ютерне моделювання злиття нейтронних зірок з нуля, що включає різноманітні фізичні процеси, включаючи тяжкість, загальну відносність, гідродинаміку та змішування нейтрино. Вони також враховували трансформацію електронного аромату нейтрино на аромат MUON, який, за словами дослідників, є найбільш релевантною трансформацією нейтрино в цьому середовищі. Вони моделювали кілька сценаріїв, змінюючи терміни та розташування змішування, а також щільність навколишнього матеріалу.
Дослідники встановили, що всі ці фактори вплинули на склад та структуру залишку злиття, включаючи тип та кількість елементів, створених під час злиття. Під час зіткнення нейтрони в нейтронній зірці можуть бути запущені в інших атомах у сміттях, які можуть захоплювати нейтрони і в кінцевому рахунку розпадатися в більш важкі елементи, такі як важкі метали, такі як золото та платина, а також рідкісні елементи землі, які використовуються на землі в смарт -телефонах, акумулятори електричних транспортних засобів та інші пристрої.
“Аромат нейтрино змінює те, як він взаємодіє з іншими питаннями”, – сказав Девід Радіс, професор фізики ранньої кар’єри Кнірра та доцент астрономії та астрофізики в Державному коледжі наук Пенна та автор статті. “Електронні тип нейтрино можуть взяти нейтрон, одну з трьох основних частин атомі перетворіть його на два інших, протон і електрон. Але нейтрино типу Muon не може цього зробити. Отже, перетворення ароматів нейтрино може змінити, скільки нейтронів є в системі, що безпосередньо впливає на створення важких металів та рідкісних елементів Землі. Існує ще багато затяжних питань щодо космічного походження цих важливих елементів, і ми виявили, що облік змішування нейтрино може збільшити виробництво елементів на жаль 10. “
Виявлені викиди із Землі
Змішування нейтрино під час злиття також вплинуло на кількість та склад речовини, викинуті від злиття, що, за словами дослідників, можуть змінити викиди, виявлені із Землі. Ці викиди зазвичай включають Гравітаційні хвилі -пульсації в просторі-а також електромагнітне випромінювання, як рентген або гамма-промені.
“У нашому моделюванні змішування нейтрино вплинуло на електромагнітні викиди від злиттів нейтронних зірок і, можливо, гравітаційних хвиль”, – сказав Радіс. “З передовими детекторами, як ЛігоДіва та Кагра та їхні аналоги наступного покоління, такі як запропонована обсерваторія космічної дослідника, яка могла б розпочати операції в 2030 -х роках, астрономи готові виявляти гравітаційні хвилі частіше, ніж ми раніше. Краще розуміння того, як ці викиди створюються від злиттів Neutron Star, допоможе нам інтерпретувати майбутні спостереження ».
Дослідники заявили, що моделювання процесів змішування схоже на маятник, який перевернувся догори ногами. Спочатку багато змін відбулися на неймовірно швидкому часовому масштабі, але врешті -решт маятник осідає на стабільну рівновагу. Але значна частина цього, за їхніми словами, є припущенням.
“Є ще багато, що ми не знаємо про теоретичну фізику цих нейтрино перетворень”, – сказав Цю. “Оскільки теоретична фізика частинок продовжує просуватися, ми можемо значно покращити свої моделювання. Що залишається невизначеним, це те, де ці перетворення відбуваються при злитті нейтронів.
Тепер, коли була створена інфраструктура для цих складних симуляцій, дослідники заявили, що очікують, що інші групи використовуватимуть технологію, щоб продовжувати досліджувати наслідки змішування нейтрино.
“Злиття нейтронів функціонує як космічні лабораторії, забезпечуючи важливу інформацію про екстремальну фізику, яку ми не можемо безпечно копіювати на Землі”, – сказав Радіс.
Довідка: «Трансформація аромату нейтрино в злитках Neutron Star» від Yi Qiu, David Radice, Sherwood Richers та Maitraya Bhattacharyya, 26 серпня 2025 р., Листи фізичного огляду.
Doi: 10.1103/H2Q7-KN3V
Окрім Цю та Радіс, дослідницька група включає Мейтрайю Бхаттачарій, докторантуру в Державному інституті гравітації та Космосу, а також Шервуд Ріші в університеті Теннесі, Ноксвілл. Фінансування Міністерства енергетики США, Фонду Слоун та Національного наукового фонду США підтримали цю роботу.
Ніколи не пропустіть прорив: приєднуйтесь до інформаційного бюлетеня ScitechDaily.
