Öz-etkileşimli astrofiziksel nötrinoların çeşni evrimleri

Abstract

Çekirdek çökmeli süpernovalarda açığa çıkan nötrinolar, patlama sonrasında merkezde bulunan proto-nötron yıldızının (PNY) soğuma mekanizmasında önemli bir yer tutar. Fotonlar, nötrinolara kıyasla daha çok etkileşime girdiği için süpernovanın patlama enerjisini uzay boşluğuna çıkarmada yetersiz kalır. Nötrinolar ise PNY'den ayrıldıktan sonra patlama enerjisini, neredeyse ışık hızında süpernovadan dışarıya doğru taşıyabilir. Bu patlamayla açığa çıkan nötrinoların parlaklıklarının 10$^{53}$ erg/s büyüklüğünde olduğu düşünülmektedir. Nötrinoların madde ile etkileşim tesir kesiti görece çok küçük olmasına rağmen bu kadar yoğun bir ortam, onların öz-etkileşime girmelerine olanak sağlamaktadır. Nötrinolar öz-etkileşime girdiği gibi süpernovadan çıkan elektron ve baryonlarla da etkileşime girer. Ancak bu çalışmada nötrino-elektron veya nötrino-baryon etkileşimleri, hesaplamalara dolaylı olarak eklenmiştir. Nötrino-nötrino etkileşimi iki çeşit saçılma diyagramı ile betimlenir. Bunlardan biri momentum değişimi olmayan ileri saçılma diyagramı, diğeri ise momentumların değiş-tokuş olduğu saçılma diyagramıdır. Öz-etkileşimli nötrinolar, süpernovadan ayrılıp yaklaşık 200-300 km mesafe katettikten sonra, enerji spektrumlarında spektral ayrılma meydana gelir. Bu spektral ayrılmayı, nötrinoların istatistiksel dağılımında gerçekleşen çeşni yer değişimleri olarak düşünebiliriz. Sıcaklık ve enerji aralığı ile çeşitli dağılımlar gibi başlangıç koşullarına bağlı olan bu spektral ayrılma, yakın gelecekte gözlemlemeyi beklediğimiz bir süpernova patlamasının nötrino sinyalini değerlendirmek ya da anlamlandırmak için bize önemli ipuçları verecektir. Bu çalışmada, literatürdeki süpernova modellerinin kullandığı çeşitli enerji spektrumları, karışma açıları ve sıcaklıklar için spektral ayrılmalar elde edilmiştir. Böylelikle süpernova patlamasından geldiği düşünülen nötrinoların çeşni spektrumlarına bakılarak, hangi süpernova modelinin daha gerçekçi ve deneysel verilere daha uygun olduğu anlaşılabilir.