I neutrini provenienti dalle supernove con collasso del nucleo

Una supernova segna la fine della vita di una stella massiccia. Quando una stella massiccia muore, essa effettua un’uscita di scena spettacolare: la più potente esplosione conosciuta in tutto l’universo.

Gli scienziati ritengono che vengano prodotte enormi quantità di neutrini che portano via immense quantità di energia quando la stella finisce il combustibile e collassa. Alcuni di questi neutrini sono assorbiti dal materiale che cade verso la stella, che diventa caldo e si espande. Alla fine, la stella scoppia con una furiosa esplosione.

Nella frazione dei neutrini che fluiscono verso l’esterno, degli scienziati finanziati dall’UE hanno trovato un eccezionale laboratorio astrofisico per studiare l’evoluzione del sapore dei neutrini. Il progetto DENSE NEUTRINOS (Neutrino oscillations in dense medium: Probing particle physics together with astrophysics and cosmology) si è concentrato sulle instabilità del sapore indotte dalle interazioni tra neutrino e neutrino nelle regioni stellari più profonde.

Uno strumento prezioso nella diagnosi delle instabilità è stato fornito dall’analisi linearizzata della stabilità delle equazioni del moto dei neutrini. Questo metodo ha aiutato a determinare l’inizio delle trasformazioni del sapore una volta fissati dei profili realistici del neutrino e della densità della materia delle supernove con collasso del nucleo. Specificamente, il team di DENSE NEUTRINOS ha applicato questo metodo per eliminare l’ipotesi di una simmetria assiale nella propagazione del neutrino.

Si è scoperta un’instabilità multi angolo azimutale in aggiunta a quella multi angolo zenitale. Essi hanno messo a confronto i risultati con le simulazioni numeriche basate su equazioni non lineari di propagazione del neutrino, introducendo l’angolo azimutale come una variabile in aggiunta all’angolo zenitale. Si è scoperto che le distribuzioni angolari non uniformi sopprimono la crescita di instabilità del sapore.

I profili del neutrino e della densità della materia usati nello studio DENSE NEUTRINOS sono stati ricavati da modelli di esplosioni con collasso del nucleo. Un aspetto sorprendente in queste simulazioni era che l’emissione in un emisfero della stella era fortemente dominata da neutrini elettrone. Nell’emisfero opposto, gli antineutrini e i neutrini elettrone possedevano flussi simili.

Con osservazioni di neutrini ad alta energia provenienti da strutture come quelle dell’esperimento IceCube e con la potenza di elaborazione offerta dalle architetture parallele, gli scienziati possono adesso ottenere una migliore comprensione della fisica nelle supernove con collasso del nucleo. Il progetto DENSE NEUTRINO ha compiuto dei grandi passi in avanti in questa direzione.