Мюони прискорили стиснення нейтронної зірки
Облік утворення мюонів у моделі формування нейтронної зірки призводить до збільшення потоку і енергії нейтрино, а також більш швидкого стиснення зірки. Цей факт виявили за допомогою чисельного моделювання астрофізики з Німеччини та США, стаття дослідників опублікована в.
Під час утворення нейтронної зірки нейтрино приходять у рівновагу з її речовиною. Потім, протягом декількох секунд вони розсіюються в зовнішній простір. При цьому потік електронних нейтрино виявляється трохи більшим, ніж потік антинейтрино, тому зірка наслідує велике негативне електронне лептонне число. Це визначає подальшу еволюцію зірки і призводить до низького вмісту протонів в її речовині.
Зазвичай астрофізики нехтують утворенням мюонів під час формування «гарячої» нейтронної зірки, яка рано чи пізно вибухає у вигляді спалаху наднової. Справедливість цього наближення виправдовують великою масою мюону, яка приблизно дорівнює 105 мегаелектронвольт - у 207 разів більше, ніж у електрона. Однак насправді це не дуже хороший аргумент, оскільки в молодій нейтронній зірці максимальна температура може досягати 30 мегаелектронвольт (приблизно 3,5 1013 Кельвінів), і через це температурний розподіл фотонів і електронів простягається далеко за 100 мегаелектронвольт. Тому мюони і антимюони можуть утворитися в реакціях аннігіляції електрона і позитрона (e + e ‑ ^ + ^ ‑) або двох високоенергетичних фотонів ( .
У цій статті група вчених під керівництвом Роберта Болліга (Robert Bollig) чисельно змоделювала процес утворення нейтронної зірки і подальшого спалаху наднової, враховуючи народження і динаміку мюонів і антимюонів у десяти можливих реакціях. Розрахунки вчені виконали за допомогою інструменту PROMETHEUS-VERTEX, який описує нерелятивістську гідродинаміку нейтрино в ефективному потенціалі зірки. Точність розрахунків обмежується величиною/, де - це швидкість «зіркової рідини», а - швидкість світла. Масу зірки фізики вважали рівною двадцяти масам Сонця, вихідна система не оберталася. Для спрощення розрахунків вчені працювали в почесній осесиметричній моделі.
В результаті виявилося, що при включенні в модель мюонів швидкість стиснення зірки збільшується, і вибух наднової відбувається швидше. Одночасно з цим значно збільшується потік мюонних антинейтрино, який переважує потік нейтрино того ж типу. Тому в зірці починають накопичуватися мюони (тобто відбувається мюонізація, muonization). Цікаво, що найбільше мюонів збирається в областях з найбільшою температурою.
Варто зазначити, що фізики не включили в свою модель тау-лептони. І хоча це нагадує історію з мюонами, в даному випадку наближення виправдане, оскільки маса тау-лептонів набагато більша, ніж маса мюонів - вона приблизно дорівнює 1777 мегалектронвольтам, що в шістдесят разів більше, ніж максимальна температура речовини зірки і в три з половиною тисячі разів більше, ніж маса електрона. Тому внесок тау-лептонів в освіту нейтрино і антинейтрино зневажливо малий.
Крім того, вчені виконали розрахунки в акціонерній моделі, і тому їх результати можуть бути не зовсім вірними. Щоб ще краще розібратися, яку роль на утворення нейтронних зірок надає мюонізація, слід використовувати більш точну тривимірну модель. Також необхідно врахувати спін-флейворні осциляції, тобто перетворення нейтрино одного типу на нейтрино іншого типу.