První simulace odhalují, že duchové částice jsou ve formování násilných fúzí neutronové hvězdy

Nové simulace ukazují, že transformace chuti neutrino mění jak složení, tak i signály, které zůstaly Neutronová hvězda srážky.

Když se srazí dvě neutronové hvězdy a sloučí se výsledkem jedna z nejspornějších událostí ve vesmíru. Tyto kataklyzmy generují více druhů signálů, které lze detekovat ze Země.

Nové simulace od vědců ve státě Penn a University of Tennessee Knoxville ukazují, že způsob, jakým se malé částice zvané neutrina mísí a změna, ovlivňuje jak sloučení, a co emituje. Neutrina mohou cestovat přes obrovské kosmické vzdálenosti bez téměř bez rušení a jejich chování formuje výsledek kolize.

Podle týmu výsledky hovoří o dlouhodobých otázkách o tom, odkud pocházejí kovy a prvky vzácných zemin, a také pomáhají vědcům sondovat fyziku v extrémním prostředí.

Studie zveřejněná v Fyzikální kontrolní dopisyje první, kdo modeluje transformaci neutrinových „příchutí“ během fúzí neutronové hvězdy. Neutrina jsou základní částice, které interagují pouze slabě s hmotou a objevují se ve třech příchutích pojmenovaných pro částice, které doprovázejí: Elektron, Muon a Tau. Za konkrétních podmínek, včetně podmínek uvnitř neutronové hvězdy, mohou neutrina teoreticky přepínat chutí, což zase mění druhy částic, se kterými interagují.

„Předchozí simulace fúzí binárních neutronů nezahrnuly transformaci chuti Neutrino,“ řekl Yi Qiu, postgraduální student fyziky v Penn State Eberly College of Science a první autor příspěvku. „Je to částečně proto, že k tomuto procesu dochází v časovém měřítku nanosekundové a je velmi obtížné zachytit a částečně, protože donedávna jsme nevěděli dost o teoretické fyzice, která je základem těchto transformací, která spadá mimo standardní fyziku. stejně jako materiál kolem něj. “

Budování pokročilých simulací

Vědci vytvořili počítačovou simulaci fúze neutronové hvězdy od základů a zahrnuli řadu fyzických procesů, včetně gravitace, obecné relativity, hydrodynamiky a míchání neutrin. Rovněž představovali transformaci neutrin elektronové chuti na chuť muonu, což vědci uvedli, že je nejdůležitější transformací neutrinu v tomto prostředí. Modelovali několik scénářů, měnili načasování a umístění míchání a hustotu okolního materiálu.

Vědci zjistili, že všechny tyto faktory ovlivnily složení a strukturu zbytku fúze, včetně typu a množství prvků vytvořených během fúze. Během kolize mohou být neutrony v neutronové hvězdě vypuštěny na jiných atomech v troskách, které mohou zachytit neutrony a nakonec se rozkládat do těžších prvků, jako jsou těžké kovy, jako jsou zlaté a platinové prvky, které se používají na Zemi v chytrých telefonech, baterii s elektrickými vozidly a další zařízení.

„Neutrinoova chuť mění, jak interaguje s jinými hmotami,“ řekl David Radice, profesor fyziky a docent astronomie a astrofyziky v Penn Eberly College of Science a autor příspěvku. „Neutrina typu elektronů může vzít neutron, jednu ze tří základních částí atoma transformujte jej na další dva, proton a elektron. Ale neutrina typu Muon to nemůže udělat. Konverze neutrinových příchutí tedy může změnit, kolik neutronů je v systému k dispozici, což přímo ovlivňuje vytvoření těžkých kovů a prvků vzácných zemin. Stále existuje mnoho přetrvávajících otázek o kosmickém původu těchto důležitých prvků a zjistili jsme, že účetnictví neutrino míchání by mohlo zvýšit produkci prvků stejně jako faktor 10. “

Detekovatelné emise ze Země

Míchání neutrinu během fúze také ovlivnilo množství a složení hmoty vypuštěné ze sloučení, které vědci uvedli, že by mohly změnit emise detekovatelné ze Země. Tyto emise obvykle zahrnují Gravitační vlny -vlnky v prostoru-stejně jako elektromagnetické záření, jako jsou rentgenové paprsky nebo gama paprsky.

„V našich simulacích ovlivnilo neutrino míchání elektromagnetické emise z fúzí neutronových hvězdiček a možná i gravitačních vln,“ řekl Radice. „S špičkovými detektory jako.“ LigoPanna a Kagra a jejich protějšky nové generace, jako je navrhovaná observatoř Cosmic Explorer, která by mohla zahájit operace ve 30. letech 20. století, jsou astronomové připraveni detekovat gravitační vlny častěji než předtím. Lepší pochopení toho, jak jsou tyto emise vytvářeny z fúzí neutronové hvězdy, nám pomůže interpretovat budoucí pozorování. “

Vědci uvedli, že modelování procesů míchání bylo podobné kyvadlu, který se obrátil vzhůru nohama. Zpočátku došlo k mnoha změnám na neuvěřitelně rychlém časovém měřítku, ale nakonec se kyvadlo usadí na stabilní rovnováhu. Ale hodně z toho, jak říkali, je předpoklad.

„O teoretické fyzice těchto neutrinových transformací stále moc nevíme,“ řekl Qiu. „Vzhledem k tomu, že teoretická fyzika částic neustále postupuje, můžeme výrazně zlepšit naše simulace. Zůstává nejisté, kde a jak se k těmto transformacím vyskytují fúze neutronové hvězdy. Naše současné porozumění naznačuje, že jsou velmi pravděpodobné, a naše simulace ukazují, že pokud dojde, mohou mít velké účinky, což je důležité, aby je zahrnuly do budoucích modelů a analýz.“

Nyní, když byla vytvořena infrastruktura pro tyto komplexní simulace, vědci uvedli, že očekávají, že jiné skupiny tuto technologii použijí k pokračování v zkoumání dopadů míchání neutrinů.

„Fúze neutronové hvězdy fungují jako kosmické laboratoře a poskytují důležité vhled do extrémní fyziky, kterou nemůžeme bezpečně replikovat na Zemi,“ řekl Radice.

Reference: „Transformace chuti neutrino v neutronové hvězdě“ od Yi Qiu, Davida Radice, Sherwood Richers a Maitraya Bhattacharyya, 26. srpna 2025, Fyzikální kontrolní dopisy.
Doi: 10,1103/h2q7-kN3V

Kromě QIU a Radice zahrnuje výzkumný tým Maitraya Bhattacharyya, postdoktorandský učenec v Penn State Institute for Gravitation and Cosmos a Sherwood Richers na University of Tennessee v Knoxville. Financování amerického ministerstva energetiky, Sloan Foundation a USA National Science Foundation podpořila tuto práci.

Nikdy nezmeškáte průlom: Připojte se k zpravodaji Scitechdaily.