Тайната съставка на Вселената: Физици разбраха как неутриното превръща неутронните звезди в злато и уран

Физици за първи път моделираха как неутриното променя „вкуса“ си по време на сливането на неутронни звезди и показаха, че този процес може да повлияе драматично на хода на космическата катастрофа и образуването на тежки елементи.

Изследване, публикувано в списание Physical Review Letters показва, че ако трансформациите на неутриното се вземат предвид в моделите, броят на елементите, образувани по време на килоновата експлозия може да се увеличи 10 пъти. Сред тези елементи са злато, платина и уран – ключови продукти на r-процеса (бързото улавяне на неутрони), който е отговорен за появата на най-тежките атоми във Вселената.

Учените от Пенсилванския университет отбелязват, че предишните симулации на бинарни сливания не са включвали трансформации на неутрино. Причината – процесът отнема наносекунди и дълго време оставаше извън обсега на теорията. Сега е доказано, че естеството и мястото на неутриновото „смесване“ пряко влияят върху състава на изхвърлената в космоса материя, както и върху структурата и масата на остатъка след сливането.

Неутрино се наричат „частиците-призраци“ поради изключително малката си маса и слабото си взаимодействие с материята. Те биват три вида – електронно, мюонно и тау неутрино. Квантовите ефекти ги карат да осцилират постоянно между тези състояния. В условията на екстремна плътност и енергия, характерни за сблъсъците на неутронни звезди, тези трансформации са от решаващо значение.

Изследователите обърнаха специално внимание на превръщането на електронните неутрино в мюонни неутрино. Факт е, че електронните неутрино могат да преобразуват неутрони в протони и електрони, докато мюонните неутрино не могат. Това определя колко свободни неутрони ще останат за изграждането на тежки атоми.

Според физика Дейвид Радис, именно балансът на тези превръщания определя производството на редкоземни метали и тежки елементи. Учените предполагат, че корекцията на моделите, отчитащи колебанията на неутриното, може да увеличи яркостта на последващите гравитационни вълни с 20%.

В същото време все още има много неизвестни. Например, изследователите все още не могат да определят точно къде и кога се случват такива трансформации в условията на сливане. По-точните симулации трябва да изяснят тези въпроси.

Физикът И Цю подчертава: въпреки че процесът все още е слабо проучен, вероятността за съществуването му е много голяма. „Ако вземем предвид тези трансформации, ще видим колко много те променят картината. Затова е важно да ги включим във всички бъдещи модели“, казва той.

Резултатите предлагат нова перспектива за произхода на златото и други редки елементи и дават ключ към разбирането на яркостта и структурата на сигналите, които детекторите на гравитационни вълни улавят.