1049
Нові комп’ютерні моделі вказують, що те, як саме змінюються «смаки» нейтрино всередині вмираючої зорі, може визначати її фінал — яскравий вибух наднової чи тихе провалювання в чорну діру. Про це йдеться в роботі, на яку звертає увагу видання Universe Today.
Як гинуть масивні зорі
Коли масивна зоря вичерпує запаси водню та інших легких елементів, вона намагається протистояти гравітації, починаючи синтезувати дедалі важчі ядра з дедалі більшою швидкістю. На певному етапі термоядерні реакції з важкими елементами вже не додають енергії, а навпаки, забирають її з ядра.
У цей момент ядро зорі швидко стискається, а потім різко «відскакує». Вибух, що виникає, розриває зорю на частини й на короткий час робить її яскравішою за цілу галактику — це наднова з колапсом ядра. Але так відбувається не завжди: у частини гігантських зір колапс настільки швидкий і щільний, що ядро майже одразу стискається в чорну діру. Такі зорі гинуть без потужного спалаху.
Чому одні зорі вибухають, а інші «провалюються» без наднової, залишається одним із ключових питань астрофізики. Нова робота пропонує відповідь, пов’язану з нейтрино.
Що таке «смак» нейтрино
Нейтрино — це електрично нейтральні, надзвичайно легкі частинки, «родичі» заряджених лептонів: електрона, мюона та тау-лептона. Для кожного з цих лептонів існує відповідне нейтрино: електронне, мюонне та тау-нейтрино. Ці різновиди й називають «смаками» нейтрино.
Довгий час фізики вважали, що нейтрино не мають маси, і тоді кожен смак був би фіксованим. Згодом з’ясувалося, що маса в них усе ж є, хоч і дуже мала. Саме завдяки цьому нейтрино можуть змінювати свій смак, переходячи з одного типу в інший.
Під час колапсу ядра масивної зорі утворюється гігантська кількість нейтрино. Оскільки вони майже не взаємодіють з речовиною, більшість із них легко залишає зорю. Сплеск нейтрино — один із перших сигналів, що ядро зорі почало руйнуватися, ще до видимого вибуху.
У багатьох моделях колапсу ядра вплив нейтрино вважають другорядним: їхня маса мала, а самі частинки швидко «втікають» із зорі. Але різні смаки нейтрино мають різну масу, тож перетворення смаків може змінювати загальну динаміку колапсу.
Як моделювали роль нейтрино
Автори нового дослідження зосередилися саме на перетворенні смаків нейтрино. Цей процес дуже складний, тому команда застосувала спрощений підхід: замість детального опису мікрофізики вони задали в моделях різні рівні інтенсивності таких перетворень.
Дослідники змоделювали колапс ядер 195 зір-попередниць з масами від 9 до 120 мас Сонця. Для кожної зорі вони проганяли кілька варіантів із різними частками перетворення смаків нейтрино, щоб з’ясувати, чи закінчиться еволюція вибухом наднової, чи повним колапсом у чорну діру.
Результат виявився несподівано чутливим до нейтринної фізики: навіть невелика частка перетворень смаків могла змінити фінал зорі на протилежний.
Які зорі частіше стають чорними дірами
Найсильніший ефект виявили для зір масою приблизно 16–30 мас Сонця. Для цього діапазону навіть помірне перетворення смаків нейтрино часто призводило до того, що зоря замість наднової безпосередньо колапсувала в чорну діру.
Менш масивні зорі, а також наймасивніші моделі в розрахунках зазвичай вибухали як наднові, якщо тільки перетворення смаків нейтрино не були надто сильними. Тобто саме для проміжних мас нейтринні ефекти виявилися вирішальними.
Це означає, що нейтрино можуть відігравати набагато важливішу роль у загибелі зір, ніж вважалося раніше. Вони не просто «побічний продукт» колапсу, а потенційний регулятор того, чи зоря вибухне, чи «зникне» в чорній дірі.
Можливе пояснення нестачі наднових
Отримані результати також дають підказку до іншої загадки: астрономи спостерігають менше наднових, ніж очікують, виходячи зі швидкості утворення зір у галактиках. Якщо значна частина зір середніх мас колапсує прямо в чорні діри без яскравого спалаху, це природно зменшує кількість видимих наднових.
Тепер, коли моделі показали, що перетворення смаків нейтрино може бути критичним фактором, наступний крок — з’ясувати, чи справді це головний механізм у реальних зорях. Один зі шляхів — спостерігати більше зір-попередниць наднових.
У міру запуску нових ширококутних оглядів неба астрономи зможуть частіше фіксувати зорі до вибуху й навіть у перехідній фазі. Порівнюючи такі спостереження з моделями, можна буде перевірити, наскільки добре сценарій із нейтрино пояснює реальну статистику наднових і «невдалих» колапсів.
Таким чином, одну з великих загадок еволюції зір, можливо, допоможуть розв’язати найменш масивні елементарні частинки у Всесвіті — нейтрино.
Смак нейтрино може вирішувати долю масивних зірок з’явилася спочатку на Цікавості.
