Όταν δύο άστρα νετρονίων συγκρούονται, η σύγκρουση αυτή συγκαταλέγεται στα πιο βίαια και θεαματικά γεγονότα του Σύμπαντος. Δημιουργούνται τεράστια κύματα βαρύτητας, εκρήξεις ακτινοβολίας και, όπως έχει αποδειχθεί, ακόμη και τα δομικά στοιχεία για μέταλλα όπως ο χρυσός και η πλατίνα. Τώρα, νέες προσομοιώσεις από το Penn State και το University of Tennessee Knoxville ρίχνουν φως στον απρόσμενο πρωταγωνιστή αυτών των κοσμικών διεργασιών: τα νετρίνα.
Τα νετρίνα είναι υποατομικά σωματίδια σχεδόν άπιαστα, που ταξιδεύουν αδιατάρακτα μέσα από τεράστιες αποστάσεις και σπάνια αλληλεπιδρούν με την ύλη. Έχουν όμως μια μοναδική ιδιότητα: μπορούν να αλλάζουν «γεύση» ή αλλιώς είδος. Οι τρεις βασικές κατηγορίες τους (ηλεκτρονίου, μιονίου και ταυ) μπορούν υπό συγκεκριμένες συνθήκες να μετατρέπονται η μία στην άλλη. Οι τελευταίες μελέτες δείχνουν ότι αυτή η μεταμόρφωση μπορεί να επηρεάζει καθοριστικά το τι παράγεται όταν δύο άστρα νετρονίων ενώνονται.
Ο Yi Qiu, υποψήφιος διδάκτορας φυσικής στο Penn State και πρώτος συγγραφέας της μελέτης που δημοσιεύτηκε στο Physical Review Letters, εξηγεί πως μέχρι σήμερα οι περισσότερες προσομοιώσεις τέτοιων συγχωνεύσεων αγνοούσαν τη μεταβολή «γεύσης» των νετρίνων. Ο λόγος ήταν διπλός: αφενός οι αλλαγές αυτές γίνονται σε κλάσματα νανοδευτερολέπτου, αφετέρου η θεωρητική κατανόησή τους βρισκόταν εκτός του καθιερωμένου μοντέλου φυσικής. Στις νέες προσομοιώσεις, όμως, οι επιστήμονες κατάφεραν να συμπεριλάβουν αυτή τη διαδικασία και τα αποτελέσματα ήταν αποκαλυπτικά.
Η έρευνα έδειξε ότι ο τρόπος και ο τόπος όπου τα νετρίνα αναμειγνύονται και μετατρέπονται επηρεάζει άμεσα την ύλη που εκτοξεύεται από τη συγχώνευση, τη δομή του «υπολείμματος» που μένει πίσω αλλά και το υλικό που το περιβάλλει. Αυτό έχει τεράστια σημασία για το είδος και την ποσότητα των στοιχείων που σχηματίζονται. Οι συγκρούσεις άστρων νετρονίων μπορούν να εκτοξεύσουν νετρόνια τα οποία, προσκολλώμενα σε άλλα άτομα, σχηματίζουν βαρύτερα στοιχεία. Έτσι παράγονται πολύτιμα μέταλλα όπως ο χρυσός και η πλατίνα, αλλά και σπάνιες γαίες που βρίσκουν εφαρμογή σε κινητά τηλέφωνα, μπαταρίες ηλεκτρικών οχημάτων και άλλα τεχνολογικά προϊόντα.
Ο David Radice, καθηγητής φυσικής και αστροφυσικής στο Penn State, εξηγεί τον μηχανισμό: τα νετρίνα τύπου ηλεκτρονίου μπορούν να μετατρέψουν ένα νετρόνιο σε πρωτόνιο και ηλεκτρόνιο, μειώνοντας έτσι τον αριθμό των διαθέσιμων νετρονίων για τη δημιουργία νέων βαρέων στοιχείων. Αντίθετα, τα νετρίνα τύπου μιονίου δεν έχουν αυτή τη δυνατότητα. Έτσι, η μετατροπή ενός νετρίνου από τον έναν τύπο στον άλλο μπορεί να αλλάξει σημαντικά την ισορροπία και την ποσότητα των στοιχείων που παράγονται. Μάλιστα, οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι η ανάμειξη νετρίνων μπορεί να αυξήσει την παραγωγή βαρέων μετάλλων έως και δέκα φορές.
Η επιρροή των νετρίνων δεν περιορίζεται μόνο στη δημιουργία στοιχείων. Καθορίζουν επίσης το είδος των εκπομπών που μπορούμε να ανιχνεύσουμε από τη Γη. Οι συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων εκπέμπουν τόσο βαρυτικά κύματα όσο και ακτινοβολία υψηλής ενέργειας, όπως ακτίνες Χ και γάμμα. Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η ανάμειξη νετρίνων μπορεί να τροποποιήσει αυτές τις εκπομπές, κάτι που θα μπορούσε να επηρεάσει τον τρόπο με τον οποίο οι επιστήμονες ερμηνεύουν τα σήματα που καταγράφουν τα παρατηρητήρια όπως το LIGO, το Virgo και το KAGRA. Με τις μελλοντικές εγκαταστάσεις, όπως το Cosmic Explorer που αναμένεται να λειτουργήσει τη δεκαετία του 2030, η κατανόηση αυτών των επιδράσεων θα γίνει ακόμη πιο κρίσιμη.
Οι ερευνητές παρομοιάζουν το φαινόμενο της ανάμειξης νετρίνων με ένα εκκρεμές που ανατρέπεται. Στην αρχή κινείται έντονα και γρήγορα, αλλά στη συνέχεια σταθεροποιείται σε μια ισορροπία. Ωστόσο, πολλά παραμένουν ακόμη άγνωστα σχετικά με το πού και πώς ακριβώς λαμβάνει χώρα η διαδικασία μέσα σε μια συγχώνευση άστρων νετρονίων. Το σίγουρο είναι πως οι προσομοιώσεις δείχνουν ότι, αν συμβαίνει, έχει τεράστια σημασία και δεν μπορεί πλέον να αγνοηθεί.
Με τη νέα υπολογιστική υποδομή που δημιουργήθηκε, ανοίγεται ο δρόμος για περαιτέρω έρευνες από διαφορετικές επιστημονικές ομάδες. Οι συγχωνεύσεις άστρων νετρονίων λειτουργούν σαν φυσικά εργαστήρια του Σύμπαντος, επιτρέποντας στους επιστήμονες να μελετήσουν φυσικές διεργασίες που δεν μπορούν να αναπαραχθούν στη Γη με ασφάλεια.
Η συμβολή των νετρίνων, αυτών των σχεδόν αόρατων σωματιδίων, φαίνεται να είναι πολύ πιο καθοριστική απ’ όσο πιστεύαμε μέχρι σήμερα. Μπορεί να κρατούν το κλειδί για να κατανοήσουμε καλύτερα όχι μόνο την προέλευση των πολύτιμων μετάλλων, αλλά και τις πιο ακραίες συνθήκες της φύσης.
[via]
