Обнаружены взаимодействующие с материей горячие нейтрино

Ученые Университета штата Пенсильвания обнаружили, что нейтрино, рожденные при столкновении нейтронных звезд, в течение нескольких миллисекунд могут взаимодействовать со сверхплотной и горячей материей, влияя на сам процесс слияния. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Physical Reviews Letters.

Нейтронные звезды представляют собой плотные остатки звезд, претерпевших гравитационный коллапс. Типичная нейтронная звезда имеет диаметр всего несколько десятков километров, но ее масса примерно в полтора раза превышает массу Солнца. До слияния эти объекты рассматриваются как холодные, несмотря на то, что их температуры могут составлять миллиарды кельвинов. Из-за высокой плотности материи фотонам требуется много времени, чтобы добраться из недр к поверхности, поэтому они играют незначительную роль в остывании звезды в отличие от нейтрино, почти беспрепятственно проходящих вещество насквозь.

При столкновении двух нейтронных звезд их границы нагреваются до экстремально высоких температур (порядка триллионов кельвинов), в результате чего рождаются горячие нейтрино. Моделирование этого процесса в первые мгновения после столкновения показало, что даже эти частицы, которые редко взаимодействуют с веществом, могут быть захвачены материей нейтронной звезды из-за высокой плотности и температуры в месте слияния.

Горячие нейтрино застревают на границе между двумя нейтронными звездами во время столкновения, и находятся в неравновесном термодинамическом состоянии с еще холодными ядрами нейтронных звезд в течение 2-3 миллисекунд. Это «окно», когда нейтрино способны взаимодействовать с материей, является относительно долгим промежутком времени. Для сравнения: период обращения двух звезд прямо перед слиянием может составлять всего одну миллисекунду.

Взаимодействие горячих нейтрино с веществом может повлиять на колебания остатка слившихся звезд, что, в свою очередь, способно повлиять на гравитационно-волновые и электромагнитные сигналы слияния. Для поиска таких сигнатур потребуются детекторы гравитационных волн следующего поколения.