een supernova, de explosie van een witte dwerg of massieve ster, kunnen evenveel licht creëren als miljarden normale sterren. Dit voorbijgaande astronomische fenomeen kan zich op elk moment voordoen nadat een ster zijn laatste evolutionaire stadia heeft bereikt.

Men denkt dat supernovae geassocieerd zijn met extreme fysieke omstandigheden, veel extremer dan die waargenomen tijdens enig ander bekend astrofysisch fenomeen in het universum, exclusief de oerknal. In supernova's waarbij een massieve ster betrokken is, de kern van de ster kan instorten tot een neutronenster, terwijl de rest wordt verdreven in de explosie.

Tijdens deze gewelddadige stellaire explosies, temperaturen in de pasgeboren neutronenster kunnen oplopen tot meer dan 600 miljard graden, en dichtheden kunnen tot 10 keer groter zijn dan die in atoomkernen. De hete neutronenster die het resultaat is van dit type supernova is een belangrijke bron van neutrino's en zou dus een ideaal model kunnen zijn voor onderzoek naar deeltjesfysica.

Sinds enkele decennia is astronomen en astrofysici hebben geprobeerd zich voor te bereiden op het optreden van een supernova, het bedenken van theoretische en computationele modellen die het huidige begrip van deze fascinerende kosmologische gebeurtenis kunnen helpen. Deze modellen kunnen helpen bij het analyseren en beter begrijpen van nieuwe gegevens die zijn verzameld met behulp van geavanceerde detectoren en andere instrumenten, vooral die ontworpen om neutrino's en zwaartekrachtsgolven te meten.

In 1987, onderzoekers waren in staat om neutrino's te observeren die in een supernova werden geproduceerd voor de eerste en, tot dusver, enige keer, met behulp van instrumenten die bekend staan ​​​​als neutrino-detectoren. Deze neutrino's waren in een tijdsperiode van ongeveer tien seconden naar de aarde gereisd, dus, hun waarneming leverde een meting op van de snelheid waarmee de overblijfselen van een supernova konden afkoelen.

Al tientallen jaren, deze meting werd gezien als de limiet in hoe snel exotische deeltjes een supernovarest kunnen afkoelen. Sinds het voor het eerst werd geïntroduceerd in 1987, dit referentiepunt, bekend als de "supernova-koelingsbeperking, " is uitgebreid gebruikt om uitbreidingen van het standaardmodel te onderzoeken, de primaire theorie van deeltjesfysica die fundamentele krachten in het universum beschrijft.

Onderzoekers van het Max Planck Instituut voor Astrofysica in Duitsland en Stanford University hebben onlangs een onderzoek uitgevoerd naar het potentieel van supernova's als platforms om nieuwe fysica te onthullen die verder gaat dan het standaardmodel. hun papier, gepubliceerd in Fysieke beoordelingsbrieven , onderzoekt specifiek de rol die muonen, deeltjes die lijken op elektronen maar een veel grotere massa hebben, zou kunnen spelen bij het afkoelen van supernovaresten.

"Hoewel het concept van 'supernova-koelingsbeperkingen' al tientallen jaren bestaat, de gemeenschap is pas onlangs begonnen de rol te waarderen die muonen kunnen spelen in supernova's, en als een resultaat, er was heel weinig onderzoek gedaan naar hoe nieuwe deeltjes die zich voornamelijk aan muonen koppelen, de koeling zouden kunnen beïnvloeden, "Willem De Rocco, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "We realiseerden ons dat door het uitvoeren van geavanceerde simulaties van muonen in supernova's, we zouden een koelband kunnen plaatsen op deze exotische koppelingen, en zo is het project geboren."

De recente studie die te zien is in Fysieke beoordelingsbrieven was het resultaat van een samenwerking tussen twee teams van onderzoekers, één aan het Max Planck Institute en één aan Stanford. Het team van het Max Planck Instituut, samengesteld door Robert Bolling en Hans-Thomas Janka, voerde een reeks supernova-simulaties uit met Muonic-effecten, terwijl ook enkele van de meest recente bevindingen over de fysica van supernova's zijn verwerkt.

Deze simulaties leidden tot de creatie van de grootste bestaande bibliotheek van supernovaprofielen, waaronder muonen, die nu openbaar beschikbaar is en toegankelijk is voor alle astrofysische onderzoekers over de hele wereld. Vervolgens, De Rocco en de rest van het team van Stanford gebruikten deze bibliotheek om de productiesnelheden van axionachtige deeltjes te berekenen, proberen te bepalen waar in de parameterruimte hun productie de in 1987 afgebakende koelingsbeperking zou schenden.

"Meer en meer gedetailleerde modellen van de complexe processen in supernova's stellen ons nog steeds in staat om de 33 jaar oude neutrino-metingen die verband houden met Supernova 1987A te gebruiken om nieuwe aspecten over deeltjesfenomenen te leren, die moeilijk te onderzoeken zijn in laboratoriumexperimenten, Janka vertelde Phys.org. "William en Peter namen per e-mail contact op met mijn postdoc Robert en mij met hun nieuwe ideeën, dus hebben we de handen ineengeslagen om de krachten te bundelen voor dit onderzoeksproject tijdens de COVID-19-lockdown aan beide kanten, communiceren via e-mail en in videovergaderingen."

De Rocco, Janka, en hun collega's toonden aan dat supernova's krachtige laboratoriummodellen kunnen zijn om op zoek te gaan naar nieuwe muonische fysica, iets dat tot nu toe niet volledig werd gewaardeerd. Hun werk heeft andere onderzoeksteams al geïnspireerd om naar exotische fysica te zoeken die verder gaat dan het standaardmodel door muonen in supernova's te bestuderen. In de toekomst, dit artikel zou zo de weg kunnen effenen voor nieuwe fascinerende ontdekkingen over deeltjes in het heelal en kosmologische verschijnselen.

"Ik denk dat er nog steeds een schat aan informatie is die supernovae ons kunnen geven over mogelijke uitbreidingen van het standaardmodel, "Zei DeRocco. "Tot nu toe, we hebben alleen de neutrino's van één galactische supernova gezien, maar de snelheid waarmee supernova's in onze melkweg afgaan, wordt geschat op ongeveer twee keer per eeuw, dus we hebben een goede kans om er nog een te zien in de komende decennia. Met de aanzienlijk geavanceerde detectoren die we sinds 1987 hebben gebouwd, de informatie die we zouden krijgen van de waarneming van de volgende galactische supernova is enorm en opwindend om over te speculeren. Misschien is het in supernova-neutrino's dat we onze eerste waarneming zullen doen die verder gaat dan de standaardmodelfysica!"

© 2020 Wetenschap X Netwerk