|
Горячее нейтрино во время столкновений нейтронных звезд
|
|
|
|
Когда звезды коллапсируют, они могут оставлять после себя невероятно плотные, но относительно маленькие и холодные остатки, называемые нейтронными звездами. Если две звезды коллапсируют в непосредственной близости, оставшиеся двойные нейтронные звезды вращаются по спирали и в конечном итоге сталкиваются, а граница раздела, где две звезды начинают сливаться, становится невероятно горячей. Новое моделирование этих событий показывает, что горячие нейтрино — крошечные, практически безмассовые частицы, которые редко взаимодействуют с другой материей, — образующиеся во время столкновения, могут ненадолго задерживаться на этих границах раздела и оставаться вне равновесия с холодными ядрами сливающихся звезд в течение 2-3 миллисекунд. За это время моделирование показало, что нейтрино могут слабо взаимодействовать с веществом звезд, помогая вернуть частицы к равновесию и давая новое представление о физике этих мощных событий.
|
|
|
|
Статья, описывающая результаты моделирования, подготовленная исследовательской группой под руководством физиков из Пенсильванского университета, появилась в журнале Physical Reviews Letters. "Впервые в 2017 году мы наблюдали здесь, на Земле, сигналы различного рода, включая гравитационные волны, от слияния двойной нейтронной звезды", - сказал Педро Луис Эспино, научный сотрудник университета Пенсильвании и Калифорнийского университета в Беркли, который руководил исследованием. "Это привело к огромному всплеску интереса к астрофизике двойных нейтронных звезд. Невозможно воспроизвести эти события в лаборатории для их экспериментального изучения, поэтому лучший способ понять, что происходит во время слияния двойной нейтронной звезды, - это провести математическое моделирование, основанное на общей теории относительности Эйнштейна".
|
|
|
Нейтронные звезды получили свое название потому, что считается, что они почти полностью состоят из нейтронов - незаряженных частиц, которые наряду с положительно заряженными протонами и отрицательно заряженными электронами составляют атомы. Считается, что их невероятная плотность — только черные дыры меньше и плотнее — сжимает протоны и электроны вместе, превращая их в нейтроны. Типичная нейтронная звезда имеет диаметр всего несколько десятков километров, но ее масса примерно в полтора раза превышает массу нашего Солнца, а это около 1,4 миллиона километров в поперечнике. Чайная ложка вещества нейтронной звезды может весить столько же, сколько гора, десятки или сотни миллионов тонн. "Нейтронные звезды до слияния, по сути, холодные, хотя их температура может достигать миллиардов градусов по Кельвину, их невероятная плотность означает, что это тепло вносит очень незначительный вклад в энергию системы", - сказал Дэвид Рэдис, доцент кафедры физики, астрономии и астрофизики в научном колледже Эберли в Пенсильванском государственном университете. руководитель исследовательской группы.
|
|
|
|
"Когда они сталкиваются, они могут стать по-настоящему горячими, поверхность раздела сталкивающихся звезд может нагреться до температур в триллионы градусов Кельвина. Однако они настолько плотные, что фотоны не могут вырваться наружу и рассеять тепло; вместо этого мы думаем, что они охлаждаются, испуская нейтрино". По словам исследователей, нейтрино образуются во время столкновения, когда нейтроны в звездах сталкиваются друг с другом и распадаются на протоны, электроны и нейтрино. Что происходит в первые мгновения после столкновения, остается открытым вопросом в астрофизике. Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, исследовательская группа создала симуляции, требующие огромных вычислительных мощностей, которые моделируют слияние двойных нейтронных звезд и всю связанную с этим физику. Моделирование впервые показало, что даже нейтрино, пусть и на короткое время, могут быть захвачены теплом и плотностью слияния. Горячие нейтрино не находятся в равновесии с еще холодными ядрами звезд и могут взаимодействовать с их веществом.
|
|
|
|
"Эти экстремальные явления расширяют границы нашего понимания физики, и их изучение позволяет нам узнавать что-то новое", - сказал Рэдис. "Период, в течение которого сливающиеся звезды находятся вне равновесия, составляет всего 2-3 миллисекунды, но, как и температура, время здесь относительно, период обращения двух звезд перед слиянием может составлять всего 1 миллисекунду. Именно в этой короткой фазе нарушения равновесия происходят наиболее интересные физические процессы. Как только система возвращается к равновесию, физика становится более понятной." Исследователи объяснили, что точные физические взаимодействия, возникающие во время слияния, могут влиять на типы сигналов, которые можно наблюдать на Земле при слиянии двойных звезд.
|
|
|
|
"То, как нейтрино взаимодействуют с веществом звезд и в конечном итоге испускаются, может повлиять на колебания слившихся остатков двух звезд, что, в свою очередь, может повлиять на то, как выглядят электромагнитные и гравитационные волновые сигналы слияния, когда они достигают нас здесь, на Земле", - сказал Эспино. "Детекторы гравитационных волн следующего поколения могут быть разработаны для поиска такого рода различий в сигналах. Таким образом, моделирование играет решающую роль, позволяя нам получить представление об этих экстремальных явлениях, а также информировать о будущих экспериментах и наблюдениях в виде своеобразной обратной связи".
|
|
|
|
Источник
|
