Tecnologia Científica
Supernovas podem permitir a descoberta de uma nova física Mua´nica
Acredita-se que as supernovas estejam associadas a condia§aµes físicas extremas, muito mais extremas do que as observadas durante qualquer outro fena´meno astrofisico conhecido no universo, excluindo o Big Bang.
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Ingrid Fadell - 27/08/2020
Ilustração artastica de SN1987a. Crédito: NRAO / AUI / NSF, B. Saxton.
Uma supernova, a explosão de uma anãbranca ou estrela massiva, pode criar tanta luz quanto bilhaµes de estrelas normais. Este fena´meno astrona´mico transita³rio pode ocorrer em qualquer ponto depois que uma estrela atingiu seus esta¡gios evolutivos finais.
Acredita-se que as supernovas estejam associadas a condições físicas extremas, muito mais extremas do que as observadas durante qualquer outro fena´meno astrofisico conhecido no universo, excluindo o Big Bang. Em supernovas que envolvem uma estrela massiva, o núcleo da estrela pode colapsar em uma estrela de naªutrons, enquanto o resto éexpelido na explosão.
Durante essas violentas explosaµes estelares, as temperaturas na estrela de naªutrons recanãm-nascida podem atingir mais de 600 bilhaµes de graus, e as densidades podem ser até10 vezes maiores do que nos núcleos ata´micos. A estrela de naªutrons quente resultante desse tipo de supernova éuma fonte significativa de neutrinos e poderia, portanto, ser um modelo ideal para estudos de física de partículas
Por várias décadas, astrônomos e astrofisicos vão tentando se preparar para a ocorraªncia de uma supernova, criando modelos teóricos e computacionais que possam auxiliar no entendimento atual desse fascinante evento cosmola³gico. Esses modelos podem ajudar a analisar e compreender melhor os novos dados coletados usando detectores e outros instrumentos de última geração, especialmente aqueles projetados para medir neutrinos e ondas gravitacionais.
Em 1987, os pesquisadores puderam observar neutrinos produzidos em uma supernova pela primeira e, atéagora, única vez, usando instrumentos conhecidos como detectores de neutrinos. Esses neutrinos viajaram para a Terra por um período de aproximadamente dez segundos, portanto, sua observação forneceu uma medida da taxa na qual os restos de uma supernova foram capazes de esfriar.
"Acho que ainda hámuita informação que as supernovas podem nos fornecer sobre possaveis extensaµes do modelo padra£o", disse DeRocco. "Atéagora, vimos apenas os neutrinos de uma supernova gala¡ctica, mas a taxa com que as supernovas explodem em nossa gala¡xia éestimada em cerca de duas vezes por século, então temos uma boa chance de ver outra nas próximas décadas. Com os detectores significativamente avana§ados que construamos desde 1987, a informação que receberaamos da observação da próxima supernova gala¡ctica évasta e excitante para especular. Talvez seja nos neutrinos da supernova que faremos nossa primeira observação além da física do modelo padrão! "
Por décadas, esta medição foi vista como o limite na rapidez com quepartículas exa³ticas podem resfriar um remanescente de supernova. Desde que foi introduzido pela primeira vez em 1987, este ponto de referaªncia, conhecido como a "restrição de resfriamento de supernova", tem sido amplamente usado para investigar extensaµes do modelo padra£o, a teoria prima¡ria da física departículas que descreve as forças fundamentais no universo.
Pesquisadores do Instituto Max Planck de Astrofísica na Alemanha e da Universidade de Stanford realizaram recentemente um estudo investigando o potencial das supernovas como plataformas para revelar uma nova física além do modelo padra£o. O artigo, publicado na Physical Review Letters , explora especificamente o papel que os maºons,partículas que se assemelham aos elanãtrons, mas tem massas muito maiores, podem desempenhar no resfriamento de remanescentes de supernovas .
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"Embora o conceito de 'restrições de resfriamento de supernovas' já exista hádécadas, a comunidade são recentemente começou a avaliar o papel que os maºons podem desempenhar nas supernovas e, como resultado, muito pouco trabalho foi feito sobre como as novaspartículas que se unem principalmente para maºons pode afetar o resfriamento ", disse William DeRocco, um dos pesquisadores que realizaram o estudo, ao Phys.org. "Percebemos que, rodando simulações de última geração de maºons em supernovas, poderaamos colocar um limite de resfriamento nesses acoplamentos exa³ticos, e foi assim que o projeto nasceu."
O estudo recente apresentado na Physical Review Letters foi o resultado de uma colaboração entre duas equipes de pesquisadores, uma no Instituto Max Planck e outra em Stanford. A equipe do Instituto Max Planck, formada por Robert Bolling e Hans-Thomas Janka, fez uma sanãrie de simulações de supernovas que incluaam efeitos mua´nicos, ao mesmo tempo em que incorporava algumas das descobertas mais recentes sobre a física das supernovas.
Essas simulações levaram a criação da maior biblioteca existente de perfis de supernovas, incluindo maºons, que agora estãodisponavel publicamente e pode ser acessada por todos os pesquisadores de astrofasica em todo o mundo. Posteriormente, De Rocco e o resto da equipe em Stanford usaram essa biblioteca para calcular as taxas de produção departículas semelhantes a axions, tentando determinar onde no espaço de parametros sua produção violaria a restrição de resfriamento delineada em 1987.
"Modelos cada vez mais detalhados dos processos complexos em supernovas ainda nos permitem usar as medições de neutrinos de 33 anos conectadas a Supernova 1987A para aprender novos aspectos sobre fena´menos departículas, que são difaceis de explorar em experimentos de laboratório", disse Janka a Phys. .org. "William e Peter contataram meu pa³s-doutorado Robert e eu com suas novas ideias por e-mail, então nos associamos para unir forças neste projeto de pesquisa durante o bloqueio do COVID-19 em ambos os lados, nos comunicando por e-mail e em videoconferaªncias."
DeRocco, Janka e seus colegas demonstraram que as supernovas podem ser modelos de laboratório poderosos para a busca de uma nova física mua´nica, algo que não foi totalmente apreciado atéagora. Seu trabalho já inspirou outras equipes de pesquisa a buscar uma física exa³tica além do modelo padra£o, estudando maºons em supernovas. No futuro, este artigo pode, portanto, abrir caminho para novas descobertas fascinantes sobre aspartículas no universo e fena´menos cosmola³gicos.
"Acho que ainda hámuita informação que as supernovas podem nos fornecer sobre possaveis extensaµes do modelo padra£o", disse DeRocco. "Atéagora, vimos apenas os neutrinos de uma supernova gala¡ctica, mas a taxa com que as supernovas explodem em nossa gala¡xia éestimada em cerca de duas vezes por século, então temos uma boa chance de ver outra nas próximas décadas. Com os detectores significativamente avana§ados que construamos desde 1987, a informação que receberaamos da observação da próxima supernova gala¡ctica évasta e excitante para especular. Talvez seja nos neutrinos da supernova que faremos nossa primeira observação além da física do modelo padrão! "
