En un nuevo estudio, los investigadores han dado un paso importante hacia la comprensión de cómo las estrellas en explosión pueden ayudar a revelar cómo neutrinosmisteriosas partículas subatómicas, interactúan secretamente entre sí.
Cassiopeia A (Cas A), un remanente de supernova – imagen ilustrativa. Estos objetos celestes son la fuente de neutrinos. Créditos: NASA/CXC/SAO
Los neutrinos, una de las partículas elementales menos comprendidas, rara vez interactúan con la materia normal y, en cambio, viajan de forma invisible a través de ella casi a la velocidad de la luz.
Estas partículas fantasmales superan en número a todos los átomos del universo y siempre pasan inofensivas. a través de nuestros cuerpospero debido a su baja masa y falta de carga eléctrica, pueden ser increíblemente difíciles de encontrar y estudiar.
Pero en un estudio publicado en la revista Cartas de revisión físicainvestigadores de la Universidad Estatal de Ohio han establecido un nuevo marco que detalla cómo las supernovas (explosiones masivas que presagian la muerte de estrellas en colapso) podrían usarse como herramientas poderosas para estudiar cómo las autointeracciones de los neutrinos pueden causar vastos cambios cosmológicos en el universo.
«Los neutrinos sólo tienen tasas de interacción muy pequeñas con la materia típica, por lo que es difícil detectarlos y probar cualquiera de sus propiedades», dijo Po-Wen Chang, autor principal del estudio y estudiante de posgrado en física en el estado de Ohio.
«Por eso tenemos que utilizar la astrofísica y la cosmología para descubrir fenómenos interesantes sobre ellos».
Los neutrinos, que se cree que fueron importantes para la formación del universo primitivo, siguen siendo un misterio para los científicos, a pesar de haber aprendido que se originan en varias fuentes, como en reactores nucleares o en el interior de estrellas moribundas.
Pero al calcular cómo las autointeracciones afectarían la señal de neutrinos de Supernova 1987A, la supernova más cercana observada en los tiempos modernos, los investigadores descubrieron que cuando los neutrinos interactúan entre sí, forman una fluido fuertemente acoplado que se expande bajo hidrodinámica relativista – una rama de la física que se ocupa de cómo los flujos impactan los objetos sólidos de dos maneras diferentes.
En el caso de lo que se llama “explosión de flujo”, el equipo teoriza que, al igual que hacer estallar un globo altamente presurizado en el vacío del espacio empujaría la energía hacia afuera, una explosión produce un fluido de neutrinos que se mueve en todas direcciones.
El segundo caso, descrito como “salida de viento”, imagina un globo altamente presurizado con muchas boquillas, donde los neutrinos escapan a un caudal más constante, similar a un chorro de viento constante.
Si bien es más probable que la teoría de la salida del viento tenga lugar en la naturaleza, dijo Chang, si se concreta el caso de la explosión, los científicos podrían ver nuevas firmas observables de neutrinos emitidas por supernovas, lo que permitiría una sensibilidad sin precedentes a las autointeracciones de los neutrinos.
Una de las razones por las que es tan vital comprender estos mecanismos es que si los neutrinos actúan como un fluido, eso significa que actúan juntos, como un colectivo.
Y si las propiedades de los neutrinos son diferentes como colectivo que individualmente, entonces la física de las supernovas también podría experimentar cambios. Pero aún está por verse si estos cambios se deben únicamente al caso de explosión o al caso de salida.
«La dinámica de las supernovas es complicada, pero este resultado es prometedor porque con la hidrodinámica relativista sabemos que hay una bifurcación en el camino para comprender cómo funcionan ahora», dijo Chang.
Aún así, es necesario realizar más investigaciones antes de que los científicos puedan descartar la posibilidad de que el caso de explosión también ocurra dentro de las supernovas.
A pesar de estas incertidumbres, el estudio es un gran hito en la respuesta a la cuestión astrofísica de décadas de cómo los neutrinos se dispersan realmente cuando son expulsados de las supernovas, afirmó. Juan Beacom, coautor del estudio y profesor de física y astronomía en el estado de Ohio.
Este estudio encontró que en el caso de la explosión, es posible una sensibilidad sin precedentes a las autointeracciones de los neutrinos incluso con escasos datos de neutrinos de SN 1987A y supuestos de análisis conservadores.
«Este problema ha permanecido prácticamente intacto durante 35 años», afirmó Beacom. «Así que, aunque no pudimos resolver completamente cómo los neutrinos afectan a las supernovas, lo que nos entusiasma es que pudimos dar un importante paso adelante».
En el futuro, el equipo espera que su trabajo se utilice como un trampolín para investigar más a fondo las autointeracciones de los neutrinos. Sin embargo, debido a que sólo se producen unas dos o tres supernovas por siglo en la Vía Láctea, es probable que los investigadores tengan que esperar décadas más para recopilar suficientes datos nuevos sobre neutrinos para probar sus ideas.
«Siempre estamos rezando para que ocurra otra supernova galáctica en algún lugar y pronto, pero lo mejor que podemos hacer es intentar aprovechar lo que sabemos tanto como sea posible antes de que suceda», dijo Chang.
Fuente: Universidad del Estado de Ohio
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