Tout amateur de crème glacée napolitaine sait que trois saveurs valent mieux qu'une. De nouvelles recherches de la Northwestern University ont montré 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 essentielles sur les explosions de supernova. 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 « vanille » tout en ignorant « chocolat » et « 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 d'importants progrès dans la compréhension, détecter et créer des 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 manière identique 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 (l'intérieur d'une étoile) puis interagissent les uns avec les autres, a déclaré l'auteur principal Manibrata Sen, un chercheur postdoctoral actuellement basé à Northwestern dans le cadre du Network for Neutrinos, Programme d'astrophysique nucléaire et de symétries à l'Université de Californie à Berkeley. Cela signifie que lorsqu'une saveur est impactée, un peu comme un bain de fusion de glace napolitaine, son évolution est affectée par tous les autres dans le système.

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

Par conséquent, 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 les neutrinos modifient les propriétés et les comportements de l'ensemble du système, créer une relation de couple.

Par conséquent, lorsque la densité de neutrinos est élevée, une fraction des neutrinos échangent 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". De façon intéressante, la recherche a révélé qu'à mesure que le nombre de neutrinos augmente, leurs taux de conversion aussi, quelle que soit la 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 des saveurs changeantes. Les chercheurs ont supprimé l'hypothèse selon laquelle les trois saveurs de neutrinos—muon, les neutrinos électroniques et tau ont la même distribution angulaire, en leur donnant à chacun une distribution différente.

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

"Nous avons montré qu'ils sont en fait 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 les résultats changent radicalement lorsque vous effectuez une étude à trois saveurs."

Bien que la recherche puisse avoir des implications majeures à la fois dans le domaine des particules et de l'astrophysique, 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 la quantité de mouvement et du temps.

En attendant, Sen a déclaré qu'il espère que les recherches de son équipe aideront la communauté à embrasser 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 le comprendre, " a-t-il dit. " Une bonne compréhension des oscillations rapides peut en fait détenir la clé de la raison pour laquelle certaines étoiles explosent à partir de supernovas. "