Indices clés pour comprendre la mort des étoiles –

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  • Tout amateur de glaces napolitaines sait que trois saveurs valent mieux qu’une. Une nouvelle recherche de l’Université Northwestern a révélé qu’en étudiant les trois «saveurs» impliquées dans une supernova, ils ont débloqué plus d’indices sur comment et pourquoi les étoiles meurent.

    Les scientifiques examinent les neutrinos (particules subatomiques) pour obtenir des informations critiques sur les explosions de supernovae. Alors que des recherches antérieures ont identifié trois «saveurs» de neutrinos, de nombreux chercheurs ont continué à simplifier les études sur le sujet en étudiant la «vanille» tout en ignorant le «chocolat» et la «fraise».

    En incluant les trois saveurs dans l’étude, les chercheurs du Nord-Ouest ont développé une connaissance plus approfondie des étoiles mourantes et ont commencé à démêler les hypothèses existantes.

    L’étude a été publiée mercredi 16 décembre dans la revue Lettres d’examen physique.

    Dans une explosion de supernova, 99% de l’énergie de l’étoile morte est émise par les neutrinos. Voyageant presque à la vitesse de la lumière et interagissant extrêmement faiblement avec la matière, les neutrinos sont les premiers messagers à atteindre la Terre et à indiquer qu’une étoile est morte.

    Depuis leur découverte initiale dans les années 1950, les physiciens des particules et les astrophysiciens ont fait des progrès importants dans la compréhension, la détection et la création de neutrinos. Mais pour limiter la complexité des modèles, de nombreuses personnes qui étudient les particules subatomiques font des hypothèses pour simplifier la recherche – par exemple, que les neutrinos non électroniques se comportent de la même manière lorsqu’ils sont propulsés à partir d’une supernova.

    Une partie de ce qui rend l’étude des neutrinos si compliquée est qu’ils proviennent d’objets compacts (à l’intérieur d’une étoile) et interagissent ensuite les uns avec les autres, a déclaré l’auteur principal Manibrata Sen, chercheur postdoctoral actuellement basé à Northwestern dans le cadre du Network for Neutrinos, Nuclear Astrophysics et Programme de symétries à l’Université de Californie – Berkeley. Cela signifie que lorsqu’une saveur est affectée, un peu comme une cuve de fonte de crème glacée napolitaine, son évolution est affectée par toutes les autres dans le système.

    “Vous ne pouvez pas créer les conditions pour que les neutrinos interagissent les uns avec les autres sur Terre”, a déclaré Sen. “Mais dans les objets compacts, vous avez une très haute densité de neutrinos. Alors maintenant, chaque neutrino interagit les uns avec les autres parce qu’il y en a tellement autour.”

    En conséquence, lorsqu’un nombre énorme de neutrinos sont envoyés en carénage lors de l’explosion massive d’une supernova à effondrement du cœur, ils commencent à osciller. Les interactions entre neutrinos modifient les propriétés et les comportements de l’ensemble du système, créant une relation couplée.

    Par conséquent, lorsque la densité des neutrinos est élevée, une fraction des neutrinos échange des saveurs. Lorsque différentes saveurs sont émises dans différentes directions au plus profond d’une étoile, les conversions se produisent rapidement et sont appelées «conversions rapides». Fait intéressant, la recherche a révélé qu’à mesure que le nombre de neutrinos augmente, leurs taux de conversion augmentent également, quelle que soit leur masse.

    Dans l’étude, le scientifique a créé une simulation non linéaire d’une «conversion rapide» lorsque trois saveurs de neutrinos sont présentes, où une conversion rapide est marquée par l’interaction des neutrinos et le changement de saveurs. Les chercheurs ont écarté l’hypothèse selon laquelle les trois saveurs de neutrinos – neutrinos muons, électrons et tau – ont la même distribution angulaire, leur donnant à chacun une distribution différente.

    Une configuration à deux saveurs du même concept examine les neutrinos électroniques et les neutrinos «x», dans lesquels x peut être des neutrinos muons ou tau et où les différences entre les deux sont insignifiantes.

    “Nous avons montré qu’ils sont tous pertinents et ignorer la présence de muons n’est pas une bonne stratégie”, a déclaré Sen. «En les incluant, nous montrons que les résultats passés sont incomplets et que les résultats changent radicalement lorsque vous effectuez une étude à trois saveurs.»

    Bien que la recherche puisse avoir des implications majeures en astrophysique et en particules, même les modèles utilisés dans cette recherche comprenaient des simplifications. L’équipe espère rendre leurs résultats plus génériques en incluant des dimensions spatiales en plus des composantes de l’élan et du temps.

    Dans l’intervalle, Sen a déclaré qu’il espérait que les recherches de son équipe aideront la communauté à intégrer plus de complexité dans leurs études.

    «Nous essayons de convaincre la communauté que lorsque vous prenez en compte ces conversions rapides, vous devez utiliser les trois saveurs pour la comprendre», a-t-il déclaré. “Une bonne compréhension des oscillations rapides peut en fait expliquer pourquoi certaines étoiles explosent à partir de supernovas.”

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