Ֆիզիկոսները գտել են հնարավոր բացատրություն զանգվածային աստղերի մահվան գլխավոր հանելուկներից մեկի համար՝ ինչու դրանցից մի մասը կյանքի ավարտին դառնում է գերնոր և իր հետևում թողնում նեյտրոնային աստղեր, իսկ մյուսները առանց նկատելի պայթյունի կոլապսվում են սև խոռոչների։ Նոր հետազոտության համաձայն՝ առանցքային դեր կարող է խաղալ նեյտրինոների՝ իրենց տեսակը փոխելու ունակությունը։

Նեյտրինոները գրեթե չեն փոխազդում սովորական նյութի հետ, սակայն աստղային միջուկի կոլապսի ժամանակ դրանք առաջանում են հսկայական քանակով։ Հետազոտողները ենթադրում են, որ դրանց վարքագծի փոփոխությունները կարող են զգալիորեն ազդել միջուկի շուրջ գտնվող նյութի տաքացման վրա և այդպիսով որոշել ամբողջ աստղի ճակատագիրը, պատմում է Space.com։

Կոլապսի գրեթե ողջ էներգիան գնում է նեյտրինոներին

Երբ զանգվածային աստղը սպառում է ջերմամիջուկային ռեակցիաների համար անհրաժեշտ վառելիքը, իր սեփական ծանրությունից այն պահող ճնշումը թուլանում է։ Միջուկը սկսում է սրընթաց սեղմվել։ Ծայրահեղ ջերմաստիճանների և խտությունների պայմաններում պրոտոններն ու էլեկտրոնները միանում են՝ առաջացնելով նեյտրոններ, և այդ ընթացքում արտազատվում է նեյտրինոների հսկայական քանակ։

Այս մասնիկներին հաճախ անվանում են «ուրվականային», քանի որ դրանք չափազանց թույլ են փոխազդում նյութի հետ։ Սակայն կոլապսի ընթացքում դրանց թիվն այնքան է մեծանում, որ դրանց մի մասը բախվում է միջուկի շուրջ գտնվող նյութին և փոխանցում նրան էներգիա։

Հենց այս գործընթացը կարող է լինել վճռորոշ։ Եթե տաքացումը բավարար լինի, աստղի արտաքին շերտերը կարող են դուրս շպրտվել գերնորի հզոր պայթյունով, իսկ միջուկի տեղում կմնա նեյտրոնային աստղ։ Իսկ եթե պայթյուն տեղի չունենա, շարունակվող կոլապսը կարող է հանգեցնել սև խոռոչի ձևավորմանը։

«Նեյտրինոները գերնորների երկրորդական դետալ չեն։ Դրանք տանում են միջուկի կոլապսի ժամանակ ազատվող էներգիայի մոտ 99%-ը, և դրանց վարքագծի նույնիսկ փոքր փոփոխությունը կարող է որոշել ամբողջ աստղի ճակատագիրը», — նշել է հետազոտության համահեղինակ Մարիամ Գոգիլաշվիլին Կոպենհագենի համալսարանի Նիլս Բորի ինստիտուտից։

Նեյտրինոները կարող են փոխել իրենց «տեսակը»

Գոյություն ունի նեյտրինոների երեք տեսակ, կամ «համ»՝ էլեկտրոնային, մյուոնային և տաու-նեյտրինոներ։ 1998 թվականին ֆիզիկոսները հայտնաբերեցին, որ այս մասնիկները կարող են փոխակերպվել միմյանց՝ մի երևույթ, որը կոչվեց նեյտրինային օսցիլյացիաներ։ Այս բացահայտումը 2015 թվականին արժանացավ ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի։

Մահացող աստղի ճակատագրի համար սա կարող է առանձնահատուկ նշանակություն ունենալ։ Էլեկտրոնային նեյտրինոները սովորական նյութի հետ զգալիորեն ավելի ակտիվ են փոխազդում, քան մյուոնային և տաու-նեյտրինոները։ Հետևաբար մասնիկների տարբեր տեսակների հարաբերակցության փոփոխությունը կարող է ազդել այն էներգիայի քանակի վրա, որը փոխանցվում է կոլապսվող միջուկի շուրջ գտնվող նյութին։

Երկար ժամանակ համարվում էր, որ նման ազդեցությունը չափազանց փոքր է, որպեսզի զգալիորեն փոխի գերնորի ծննդի գործընթացը։ Սակայն կոլապսվող աստղի ներսում նեյտրինոների կոնցենտրացիան այնքան բարձր է դառնում, որ դրանք սկսում են փոխազդել ոչ միայն նյութի, այլև միմյանց հետ։ Սա լրացուցիչ պայմաններ է ստեղծում դրանց տեսակների փոփոխության համար։

Հատկապես խոցելի են գտնվել 16–30 Արեգակի զանգված ունեցող աստղերը

Հետազոտողները մոդելավորել են 9-ից 120 արեգակնային զանգված ունեցող 195 աստղերի կոլապսը։ Հաշվարկներում նրանք օգտագործել են տարբեր ենթադրություններ այն մասին, թե որտեղ և ինչպես է միջուկի ներսում տեղի ունենում նեյտրինոյի տեսակի փոփոխությունը։

Արդյունքն անսպասելի էր․ նեյտրինային օսցիլյացիաների հաշվառումը կարող է զանգվածային աստղերի մի մասը դարձնել պայթելուն էապես պակաս հակված։ Գերնորի և նեյտրոնային աստղի ծնվելու փոխարեն դրանք ավելի մեծ հավանականությամբ շարունակում են կոլապսվել և վերածվում են սև խոռոչների։

Հատկապես զգայուն են գտնվել մոտավորապես 16-ից 30 Արեգակի զանգված ունեցող աստղերը։ Ստանդարտ մոդելներում դրանցից շատերը բավական հեշտությամբ պայթում են, սակայն նեյտրինոյի տեսակի փոփոխությունը հաշվի առնելուց հետո նման աստղերի զգալի մասը այլևս չի հասնում գերնորի փուլին։

«Ամենից շատ մեզ զարմացրեց այն, որ 16-ից 30 արեգակնային զանգված ունեցող աստղերը հատկապես զգայուն դուրս եկան նեյտրինոների ֆիզիկայի նկատմամբ։ Դրանցից շատերը ստանդարտ մոդելներում հանգիստ պայթում են, բայց նեյտրինոյի տեսակի փոփոխությունը հաշվի առնելու դեպքում դա չի տեղի ունենում», — պատմել է աշխատանքի համահեղինակ Իրենե Տամբորրան։

Սա կարող է բացատրել անհետացող աստղերն ու գերնորների պակասը

Եթե եզրակացությունները հաստատվեն, նեյտրինոների ֆիզիկան կարող է օգնել միանգամից մի քանի տիեզերական հանելուկների պարզաբանմանը։

Աստղագետները դիտում են ավելի քիչ գերնորներ, քան կանխատեսում են որոշ տեսական մոդելներ։ Հնարավոր բացատրություններից մեկն այն է, որ զանգվածային աստղերի մի մասն ընդհանրապես չի պայթում․ դրանց միջուկներն անմիջապես կոլապսվում են սև խոռոչների։

Սա կարող է կապված լինել նաև անհետացող կարմիր գերհսկաների հանելուկի հետ։ Դիտարկումները ցույց են տալիս, որ որոշ շատ զանգվածային աստղեր կարծես պարզապես անհետանում են՝ իրենց հետևում չթողնելով սպասվող գերնորը։ Հնարավոր սցենարներից մեկը սև խոռոչի անմիջական կոլապսն է։

Նեյտրինոյի տեսակի փոփոխությունը կարող է ազդել նաև ձևավորվող նեյտրոնային աստղերի հատկությունների վրա։ Հետազոտողների հաշվարկների համաձայն՝ այս գործընթացը կարող է հանգեցնել ավելի փոքր զանգված ունեցող նեյտրոնային աստղերի ձևավորմանը, ինչը պոտենցիալ համաձայնվում է որոշ նախկին տեսական գնահատականներից ցածր զանգվածներով օբյեկտների դիտարկումների հետ։

Հաջորդ քայլը՝ եռաչափ մոդելներ

Առայժմ արդյունքները հիմնված են մոդելավորման վրա և պահանջում են հետագա ստուգում։ Հետազոտողները ծրագրում են անցնել ավելի իրատեսական եռաչափ հաշվարկների, որոնցում նեյտրինոների տեսակների փոփոխությունը տեղի կունենա անմիջապես ժամանակի ընթացքում՝ աստղի կոլապսին զուգընթաց։

Այդպիսի մոդելները պետք է ցույց տան, թե նեյտրինային օսցիլյացիաներն ինչքան ուժեղ են ազդում պայթյունի իրական մեխանիզմի վրա և ինչ պայմաններում է աստղը գերնորի սցենարից անցնում սև խոռոչի ձևավորմանը։

Եթե ազդեցությունը հաստատվի, նեյտրինոները կլինեն ոչ թե պարզապես զանգվածային աստղի կործանման կողմնակի արդյունք, այլ դրա վերջնական ճակատագիրը որոշելու ունակ գործոններից մեկը։