Секретный ингредиент Вселенной. Физики поняли, как нейтрино превращают нейтронные звезды в золото и уран

Физики впервые смоделировали, как нейтрино меняют свои «флаворы» во время слияния нейтронных звёзд, и показали, что этот процесс может кардинально влиять на ход космической катастрофы и образование тяжёлых элементов.

Исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters, демонстрирует: если в моделях учитывать превращения нейтрино, количество элементов, формирующихся в ходе взрыва килоновой, может возрасти в 10 раз. Среди этих элементов — золото, платина и уран, ключевые продукты r-процесса (быстрого захвата нейтронов), который отвечает за появление самых тяжёлых атомов во Вселенной.

Учёные из Пенсильванского университета отмечают, что прежние симуляции бинарных слияний не включали трансформации нейтрино. Причина — процесс занимает наносекунды и долгое время оставался вне досягаемости теории. Теперь же удалось показать, что характер и место «перемешивания» нейтрино напрямую влияют на состав вещества, выбрасываемого в космос, а также на структуру и массу остатка после слияния.

Нейтрино называют «частицами-призраками» из-за их крайне малой массы и слабого взаимодействия с веществом. Они бывают трёх типов — электронные, мюонные и тау-нейтрино. Квантовые эффекты заставляют их постоянно осциллировать между этими состояниями. В условиях экстремальной плотности и энергии, характерных для столкновения нейтронных звёзд, такие превращения приобретают решающее значение.

Особое внимание исследователи уделили конверсии электронных нейтрино в мюонные. Дело в том, что электронные нейтрино способны превращать нейтроны в протоны и электроны, тогда как мюонные — нет. Это определяет, сколько свободных нейтронов останется для построения тяжёлых атомов.

По словам физика Дэвида Радиче, именно баланс этих превращений задаёт объём производства редкоземельных металлов и тяжёлых элементов. Учёные предполагают, что корректировка моделей с учётом нейтринных осцилляций способна увеличить яркость последующих гравитационных волн на 20%.

При этом остаётся много неизвестного. Например, исследователи пока не могут точно определить, где и когда именно происходят такие трансформации в условиях слияния. Более точные симуляции должны прояснить эти вопросы.

Физик И Цю подчёркивает: хотя процесс ещё недостаточно изучен, вероятность его существования очень высока. «Если учитывать эти преобразования, мы видим, насколько они меняют картину. Поэтому важно включать их во все будущие модели», — говорит он.

Результаты открывают новый взгляд на происхождение золота и других редких элементов, а также дают ключ к пониманию яркости и структуры сигналов, которые фиксируют детекторы гравитационных волн.