Een team van onderzoekers onder leiding van RIKEN heeft een nieuw mechanisme geïdentificeerd waarmee neutrino's, de ongrijpbare subatomaire deeltjes, bijdragen aan de explosies van massieve sterren, bekend als supernova's. Hun studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature, werpt nieuw licht op de ingewikkelde dynamiek van deze cataclysmische gebeurtenissen.

Supernova's spelen een cruciale rol bij het vormgeven van het universum. Ze werpen enorme hoeveelheden zware elementen de ruimte in en vormen zo de bouwstenen voor nieuwe sterren en planeten. Begrijpen hoe supernova’s werken is daarom essentieel voor het ontrafelen van de processen achter de vorming en evolutie van de kosmos.

In het hart van een supernova ligt de kern van een massieve ster die zijn nucleaire brandstof heeft uitgeput. Deze kern stort in onder invloed van de zwaartekracht, waardoor een enorme schokgolf ontstaat die de buitenste lagen van de ster de ruimte in stuwt. De energie die vrijkomt bij deze explosie is zo immens dat deze kortstondig een heel sterrenstelsel overtreft.

Neutrino's worden overvloedig geproduceerd in supernova's, maar hun exacte rol bij het aanwakkeren van de explosies is raadselachtig gebleven. Eerdere studies hebben gesuggereerd dat neutrino's een aanzienlijke hoeveelheid energie meenemen, waardoor de supernova mogelijk wordt uitgeblust. De nieuwe studie van het door RIKEN geleide team daagt deze conventionele wijsheid echter uit.

De onderzoekers gebruikten supercomputers om de omstandigheden in een supernova te simuleren en het gedrag van neutrino's te volgen. Ze ontdekten dat neutrino’s verstrikt kunnen raken – een kwantummechanisch fenomeen waarbij deeltjes een sterke onderlinge afhankelijkheid vertonen, zelfs als ze over grote afstanden van elkaar gescheiden zijn.

‘We ontdekten dat verstrengeling leidt tot een nieuw afkoelingsmechanisme’, legt Shinya Wanajo uit, een theoretisch astrofysicus bij RIKEN en hoofdauteur van het onderzoek. "Neutrino's wisselen energie met elkaar uit door verstrengeling, waardoor de kern van de supernova meer energie kan vasthouden en de explosie kan aanwakkeren."

Deze bevinding ontkracht de eerdere veronderstelling dat neutrino's uitsluitend fungeren als energieafvoer in supernova's. In plaats daarvan stelt hun verstrengeling hen in staat een complexere rol te spelen, waarbij ze de energieoverdracht binnen de exploderende kern bemiddelen en mogelijk bijdragen aan het geweld van de ontploffing.

De studie opent nieuwe wegen voor het begrijpen van de fysica van supernova's en de rol van kwantumeffecten bij het vormgeven van de kosmos. Het benadrukt het belang van het in aanmerking nemen van de kwantummechanica bij het modelleren van het gedrag van deeltjes onder extreme omstandigheden, waardoor de grenzen van astrofysisch onderzoek worden verlegd.

Shinya Wanajo concludeert:‘Onze studie toont de diepgaande invloed aan van de kwantummechanica op de grootste schaal van het universum. Het ontrafelen van deze kwantumfenomenen is cruciaal voor het bevorderen van onze kennis van de kosmos en het verkrijgen van een diepere waardering van de ingewikkelde krachten die ons bestaan ​​vormgeven. "