Nove računalne simulacije pokazale su da promjena vrsta neutrina tijekom sudara neutronskih zvijezda bitno utječe na tijek samog procesa, na sastav materijala koji nastaje te na zračenja koja dopiru do Zemlje. Rezultati otvaraju nova pitanja o nastanku teških metala i rijetkih elemenata te pružaju uvid u fiziku ekstremnih uvjeta.
Sudari neutronskih zvijezda, ostataka zvijezda koje su kolapsirale nakon supernove, ubrajaju se među najenergetskije događaje u svemiru. Oni stvaraju gravitacijske valove i elektromagnetsko zračenje koje se može opažati na Zemlji.
Znanstvenici sa Sveučilišta Penn State i Sveučilišta Tennessee u Knoxvillu izradili su prve simulacije koje u obzir uzimaju promjene vrsta neutrina tijekom tih događaja. Neutrini su elementarne čestice koje slabo međudjeluju s materijom, a postoje u tri varijante: elektronski, muonski i tau neutrini. Pod određenim uvjetima, primjerice u unutrašnjosti neutronske zvijezde, neutrini mogu mijenjati vrstu, što utječe na čestice s kojima reagiraju.
“Dosadašnji modeli nisu uključivali promjene vrsta neutrina jer se ti procesi odvijaju u vremenskoj skali nanosekunde i izuzetno ih je teško pratiti. Osim toga, teorijska osnova tih procesa tek je nedavno počela biti dovoljno jasna da se uključi u simulacije”, pojašnjava Yi Qiu, prvi autor studije i doktorand na Penn Stateu.
Utjecaj na stvaranje elemenata
Modeli su pokazali da opseg i mjesto miješanja neutrina mijenjaju količinu materijala izbačenog u sudaru, sastav ostatka koji ostaje nakon spajanja te strukturu okolne tvari. Posebno je proučena pretvorba elektronskih neutrina u muonske, jer je ona u tim uvjetima najznačajnija.
Rezultati otkrivaju da promjena vrsta neutrina ima izravan utjecaj na nastanak teških metala i rijetkih elemenata. U sudaru neutronskih zvijezda neutroni mogu biti vezani u druge atome u krhotinama te se potom raspadati u složenije jezgre, uključujući zlato, platinu i rijetke elemente nužne za suvremenu tehnologiju.
“Elektronski neutrini mogu pretvoriti neutron u proton i elektron, dok muonski to ne mogu. Zbog toga promjena vrsta neutrina izravno mijenja broj raspoloživih neutrona, a time i količinu nastalih teških elemenata. Naše simulacije pokazuju da uključivanje tih procesa može povećati njihovu proizvodnju i do deset puta”, rekao je suautor studije David Radice s Penn Statea.
Signali vidljivi sa Zemlje
Miješanje neutrina utjecalo je i na signale koji se mogu zabilježiti teleskopima i detektorima na Zemlji. To uključuje i oblik gravitacijskih valova i spektar elektromagnetskog zračenja.
“Naše simulacije pokazuju da promjene vrsta neutrina utječu na elektromagnetske emisije, a moguće i na gravitacijske valove koje generira sudar neutronskih zvijezda”, dodao je Radice.
Kako ističu istraživači, bolja predviđanja ključna su za buduća opažanja s naprednim detektorima poput LIGO-a, Virga i KAGRA-e, kao i planiranog Cosmic Explorera, koji bi mogao započeti s radom 2030-ih.
Unatoč napretku, i dalje je nejasno gdje i kako točno dolazi do transformacija neutrina u sudarima neutronskih zvijezda. “Naše sadašnje spoznaje upućuju da su ti procesi vrlo vjerojatni, a simulacije pokazuju da imaju veliki utjecaj. Zato ih je važno uključivati u buduće modele”, naglasio je Qiu.
Znanstvenici zaključuju da sudari neutronskih zvijezda djeluju kao prirodni laboratoriji za fiziku ekstremnih uvjeta koje nije moguće reproducirati na Zemlji.
Ivan je novinar i autor koji piše o znanosti, svemiru i povijesti. Gostuje kao stručni sugovornik na Science Discovery i History Channelu te piše za Večernji list. Osnivač je Kozmos.hr, prvog hrvatskog portala posvećenog popularizaciji znanosti.
