نوترینو های طعم دار؛ راز مرگ ستارگان - لوکو

خبرنگاران| هر عاشق بستنی ناپلی (نوعی بستنی سه طعم) می داند سه طعم بهتر از یک طعم است. تحقیقات جدید از دانشگاه نورث وسترن نشان داده است که با مطالعه هر سه طعم موجود در یک ابرنواختر، آن ها سرنخ بیشتری را درباره چگونگی و دلیل مرگ ستاره ها پیدا نموده اند.

به گزارش خبرنگاران؛ دانشمندان برای یافتن اطلاعات مهم در خصوص انفجار های ابرنواختری به مطالعه نوترینو ها می پردازند. در حالی که تحقیقات قبلی سه طعم (نوع) نوترینو را شناسایی نموده بود، بسیاری از محققان با مطالعه نوترینو با طعم وانیل بدون در نظر دریافت طعم شکلات و توت فرنگی، مطالعه در خصوص این موضوع را ساده کردند. در واقع این نوع نامگذاری برای معین کردن انواع نوترینو ها استفاده میگردد تا بهتر از هم تشخیص داده شوند.

با گنجاندن سه نوع نوترینو در این مطالعه، محققان دانش عمیق تری از ستاره های در حال مرگ پیدا نموده و آغاز به کشف فرضیه های موجود می کنند.

در یک انفجار ابرنواختری، 99% انرژی ستاره مرده به وسیله نوترینو ساطع می گردد. سرعت آن ها تقریبا برابر با سرعت نور و تعاملشان با ماده بسیار ضعیف است؛ بنابراین نوترینو ها اولین پیغام رسان هایی هستند که به زمین می رسند و مرگ یک ستاره را نشان می دهند.

از زمان کشف اولیه در دهه 1950، فیزیکدانان ذرات و اخترفیزیکدانان گام های مهمی در درک، کشف و خلق نوترینو برداشته اند. اما برای محدود کردن پیچیدگی مدل ها، بسیاری از افرادی که ذرات زیر اتمی را مطالعه می کنند، فرض هایی را برای ساده کردن تحقیق انجام می دهند. به عنوان مثال فرض می کنیم، نوترینو های غیرالکترونی وقتی از یک ابرنواختر بیرون می آیند، یکسان رفتار می کنند.

محققین این رشته اظهار می کنند بخشی از آنچه مطالعه نوترینو ها را بسیار پیچیده می نماید این است که آن ها از اجسام فشرده (درون یک ستاره) ناشی می شوند و سپس با یکدیگر تعامل میکنند و این بدان معناست که وقتی طعم یک نوترینو تحت تأثیر قرار می گیرد، دقیقا مانند یک ظرف بستنی میوه ای ذوب شده، تحول آن تحت تأثیر سایر طعم ها قرار میگیرد.

در واقع شما نمی توانید شرایط را برای تعامل نوترینو ها با یکدیگر در زمین ایجاد کنید. اما در اجسام فشرده، شما چگالی زیادی از نوترینو ها دارید؛ بنابراین نوترینو ها در حال تعامل با یکدیگر اند، زیرا تعداد زیادی در اطرافشان وجود دارد. در نتیجه هنگامی که مقدار زیادی از نوترینو ها در یک انفجار بزرگ ابرنواختری فروپاشی هسته آزاد می شوند، آغاز به نوسان می کنند و فعل و انفعالات بین نوترینوها، خصوصیات و رفتار های کل سیستم را تغییر می دهد.

بنابراین، وقتی تراکم نوترینو زیاد است، کسری از نوترینو ها طعم شان را با هم مبادله می کنند. وقتی طعم های مختلف در جهات مختلف از عمق یک ستاره ساطع می شوند، تبدیل طعمی بسیار سریع اتفاق می افتد که تبدیل سریع نامیده می گردد.

این تحقیق نشان داد که هرچه تعداد نوترینو ها رشد کند، نرخ تبدیل آن ها نیز بدون توجه به جرم افزایش می یابد. در این مطالعه، دانشمندان یک شبیه سازی غیر خطی از تبدیل سریع در هنگام حضور سه طعم نوترینو انجام دادند، جایی که تبدیل سریع با تعامل و تغییر طعم های نوترینو معین میگردد.

محققان این فرض که سه طعم نوترینو -میون، الکترون و تاو نوترینو- توزیع زاویه ای یکسانی دارند را حذف کردند و به هر یک توزیع متفاوتی دادند. دانشمندان نشان دادند که همه آن ها در واقع مرتبط هستند و نادیده دریافت حضور میونها، استراتژی خوبی نیست و هنگام انجام یک مطالعه با در نظر دریافت سه طعم از نوترینو ها، نتایج به شدت تغییر می کنند.

محققان این پژوهش بیان نموده اند که ما سعی میکنیم دیگران را متقاعد کنیم وقتی این تبدیل سریع را در نظر میگیریم، برای درک آن باید از هر سه طعم نوترینو استفاده کنیم. درک صحیح از نوسانات سریع میتواند پاسخ اصلی منفجر شدن بعضی ستارگان از ابرنواختر باشد.

نوترینو

نوترینو یک ذره بنیادی است که از نظر الکتریکی خنثی بوده و به ندرت وارد برهمکنش می گردد. نوترینو به معنی کوچک خنثی، معمولاً با سرعتی نزدیک به سرعت نور حرکت می نماید، از نظر الکتریکی خنثی بوده و قادر است از درون مواد تقریباً بدون هیچ برهمکنشی عبور نماید. نوترینو ها دارای جرم بسیار کوچک، اما غیر صفر هستند.

از آنجایی که نوترینو ها بار الکتریکی ندارند، تحت تأثیر نیرو های الکترومغناطیس قرار نمی گیرند. نوترینو ها تنها تحت تأثیر نیروی هسته ای ضعیف که در مقایسه دارای بُرد بسیار کوتاه تری از نیروی الکترومغناطیس است، قرار می گیرند؛ لذا قادر هستند مسافت های بسیار طولانی را درون مواد بدون برهمکنش طی کنند.

نوترینو ها ضمناً واپاشی بتا، در واکنش های هسته ای مانند آنچه در خورشید یا راکتور های اتمی رخ می دهند و هچنین در اثر برخورد پرتو های کیهانی با اتم ها ایجاد می گردند.

سه نوع یا طعم نوترینو وجود دارد: الکترون نوترینو، میون نوترینو و تاو نوترینو. همچنین هر یک از آن ها پادذره مربوط به خود به نام پادنوترینو دارند.

بیشتر نوترینو هایی که از زمین عبور می کنند، از خورشید صادر می شوند. در هر ثانیه از هر سانتی متر مربع زمین، در حدود 65 میلیارد (1010×6.5) نوترینوی خورشیدی عبور می نماید.

اَبَرنواختر یا سوپرنوا

پر جرم ترین ستاره های عالم، زندگی خود را با انفجاری بزرگ به نام اَبَر نو اختر (Supernova) به سرانجام می برند.

یک اَبَر نو اختر زمانی رخ می دهد که یک ستارهٔ در حال مرگ، آغاز به خاموش شدن می نماید. آن گاه به طور ناگهانی منفجر شده و مقدار بسیار زیادی نور فراوری می نماید و در پسِ خود، یک هستهٔ کوچک نوترونی به جای می گذارد.

نوترون سنگین ترین ذره در فضا است. مقدار کمی نوترون (به اندازهٔ یک سر سوزن) می تواند هزاران تُن جرم داشته باشد.

طی این انفجار، ستاره، مادهٔ خود را به سوی فضا پرتاب می نماید و ممکن است درخشندگی آن، به مدت چند روز، از کل یک کهکشان هم بیشتر باشد. هنوز هم می توان بقایای درخشان ستاره های منفجر شده را (که صد ها یا هزاران سال پیش از هم پاشیده اند) مشاهده کرد.

ابرنواختر ها به قدری درخشان هستند که حتی یکی از همین ابرنواختر ها در گذشته، در چین و در روز با چشم غیر مسلح مشاهده شده است.

اَبَرنواخترها بسیار نادر هستند. در کهکشان خودمان به طور میانگین در هر قرن یک یا دو ابَرنواختر رخ می دهد که بعضی از آن ها نیز در پسِ غبارِ کهکشان پنهان می شوند. آخرین ابَرنواختر قطعی که در راه شیری دیده شد، ابرنواختر کپلر در سال 1604 میلادی بود. اما اخترشناسان (به ویژه رصدگران آماتور) تعداد بسیار بیشتری را در دیگر کهکشان ها یافته اند.