Нейтрино могут иметь "тайную жизнь": исследование предполагает их взаимодействие при коллапсе массивных звёзд

Левая панель: Когда нейтрино взаимодействуют между собой через стандартные модели взаимодействий, коллапсирующее ядро массивной звезды остаётся относительно холодным, а нейтрино преимущественно сохраняют электронный аромат. В этом сценарии мы можем получить сверхновую, оставляющую после себя нейтронную звезду. Правая панель: Если у нейтрино есть «тайные» взаимодействия между собой, электронные нейтрино могут преобразовываться во все ароматы. Это приводит к быстрому нагреву, «расплавлению» ядер и превращению протонов в нейтроны. В результате может образоваться чёрная дыра вместо нейтронной звезды. Пока неясно, произойдёт ли взрыв сверхновой в этом случае. Автор: Лаборатория Джорджа Фуллера / UC San Diego

Нейтрино — космические обманщики, парадоксально почти незаметные, но смертельно опасные для звёзд, значительно более массивных, чем Солнце.

Эти элементарные частицы существуют в трёх известных «ароматах»: электронный, мюонный и тау-нейтрино. Независимо от аромата, нейтрино печально известны своей неуловимостью, и многие их свойства остаются загадкой. Почти невозможно столкнуть нейтрино друг с другом в лаборатории, поэтому неизвестно, взаимодействуют ли они между собой согласно стандартной модели физики частиц, или существуют гипотетические «тайные» взаимодействия, характерные только для нейтрино.

Команда исследователей из Сети по изучению нейтрино, ядерной астрофизики и симметрий (N3AS), включая учёных из UC San Diego, провела теоретические расчёты, показывающие, как коллапсирующие массивные звёзды могут выступать в роли «коллайдера нейтрино». Нейтрино крадут тепловую энергию у этих звёзд, заставляя их сжиматься и разгоняя электроны до околосветовых скоростей. Это приводит звёзды к нестабильности и коллапсу.

Исследование, опубликованное в Physical Review Letters, возглавляли Анна М. Сулига, Жюльен Фрусте, Лукаш Граф, Кайл Кехрер и Джордж Фуллер из UC San Diego, а также их коллеги из других учреждений.

При достижении критической плотности нейтрино оказываются в ловушке и сталкиваются друг с другом. При стандартных взаимодействиях нейтрино остаются преимущественно электронного аромата, вещество остаётся относительно «холодным», и коллапс, скорее всего, оставит после себя нейтронную звезду. Однако «тайные» взаимодействия, меняющие аромат нейтрино, радикально меняют сценарий, производя нейтрино всех ароматов и создавая «горячее» ядро, состоящее в основном из нейтронов, что может привести к образованию чёрной дыры.

Предстоящий эксперимент DUNE (Deep Underground Neutrino Experiment) в Национальной ускорительной лаборатории им. Ферми может проверить эти идеи, как и будущие наблюдения за нейтрино или гравитационными волнами от коллапсирующих звёзд.

Больше информации: Anna M. Suliga et al, Nonconservation of Lepton Numbers in the Neutrino Sector Could Change the Prospects for Core Collapse Supernova Explosions, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/gnp5-4y8k

Источник: University of California - San Diego