¿¿Neutrinos frío atrapados por estrellas?

Question

Continuando desde la física fresco Q&A en los hilos Donde se encuentran todos los lentos de los neutrinos?, Es posible que todos los "espontáneos de la desintegración nuclear" en realidad es "lento neutrino" inducida?, y ¿Qué hace el cósmico de neutrinos aspecto de fondo como el de hoy, dado que los neutrinos poseen masa?, Tengo una pregunta de seguimiento que se deriva de esta respuesta a la última pregunta.

Más específicamente, el Big Bang debió haber producido un montón de neutrinos y antineutrinos como un efecto secundario de la creación de todo lo que importa, y más allá de un cierto punto, estas se desvincule de la materia y simplemente volar en libre de obstáculos a través del espacio. Con el tiempo, estos neutrinos obtendría desplazado hacia el rojo como el fondo cósmico de microondas, para formar una Cósmico de Neutrinos de Fondo a una temperatura de alrededor de $1.9\:\mathrm K$.

Dependiendo del neutrino masas, esto podría significar una gama de velocidades, pero si los neutrinos son relativamente masiva, la cita de rob respuesta, que

habría velocidades típicas de por debajo de 100 km/s, más lento que la velocidad de escape de algunas estrellas. Fría los neutrinos podrían por lo tanto se acumulan en gravitacional de los pozos, lo que resulta en una sustancial mejora de la densidad sobre el 100 ν/cm3 promedio de espera de más de espacio intergaláctico.

Ahora, acerca de esta acumulación en gravitacional pozos, tengo una pregunta similar a la de rob posterior comentario,

(Yo sólo soy la más mínima poco turbia sobre cómo el frío neutrinos quedar atrapado sin dispersión, pero estoy preparado para creer que es discutido en la literatura.)

En cambio, yo estoy completamente en la oscuridad acerca de cómo el frío neutrinos quedar atrapado sin dispersión. Tienes esta pequeña partícula, que sólo interactúa gravitacionalmente, viniendo en dirección a una estrella con una velocidad en el infinito de la orden de (pero menor que) la velocidad de escape. Bajo circunstancias normales, la partícula enfoque de la estrella... y el genio fuera de nuevo, en una trayectoria hiperbólica que termina con el mismo asintótica velocidad que entró con. Si hay un tercer cuerpo para interactuar con, se podría obtener desvía en una órbita, pero sin interacciones significativas pero la gravedad esto parece muy raro para mí para trabajar en astronómicamente grandes cantidades de neutrinos.

¿Cuáles son los áspera de la física detrás de la captura de estas enormes frío neutrinos en un gravitacional bien?

Answer 1

Se requiere que pierden energía de alguna manera (a gota hiperbólico órbitas periódicas).

Hay dos mecanismos básicos disponibles: gravitacional de la dispersión y la débil dispersión. En ambos casos se espera que la interacción sea elástica, pero eso no significa que el neutrino tiene la misma cantidad de energía cinética en la estrella del marco después de la interacción como antes: puede donar unos a los otros participantes. Este efecto es necesariamente muy, muy lento.

Para gravitacional de dispersión de pensar en la gravedad de boost, pero en la energía de perder la dirección en lugar de la energía de obtención de la dirección, como se le suele aplicar a la nave espacial.

La debilidad de la dispersión de la misma idea básica se aplica, siempre y cuando el centro de impulso se está moviendo con el neutrino de la dirección inicial en el marco de la estrella de el neutrino tendrá menos energía en el estelar del marco después de la interacción que antes.

En cualquier caso, la materia bariónica miembro de la dispersión de las ganancias de la energía, pero se puede irradiar esa energía por los mundanos significa que es algo que el neutrino no podía hacer por sí mismos. Así que los neutrinos pueden enfriar por la transferencia de energía a la materia bariónica que se enfría en la forma habitual. Huelga decir que los neutrinos se enfríe más lentamente que la materia ordinaria como su acoplamiento canal es muy débil.

La gran pregunta es "¿no Debería el neutrino ganancia de energía de aproximadamente tan a menudo como se pierde?", y creo que la respuesta es sí. Pero que se traduce en una distribución de energía ganancias y pérdidas, y tenemos en cuenta el diferencial de destino de las dos colas de la distribución. Los que se recogerá la energía va a salir de las inmediaciones de la estrella, mientras que algunos de los que pierden energía puede ser descargada desde "apenas hiperbólico" a "apenas elíptico" o si ya capturado será ligeramente más obligado. Como de costumbre, el sistema se enfría más por la expulsión es el más enérgico de los miembros mediante la donación de energía para el bariónica componente del sistema para ser radiada por medios electromagnéticos.

Answer 2

Pensé acerca de esto un poco más, ya que el motivo de su pregunta y hay un par de otras complicaciones vale la pena destacar. Esto puede ser más un comentario que una respuesta, pero es demasiado largo para un comentario.

En primer lugar, y dirigiéndose directamente a tu pregunta: la radiación cósmica de fondo de neutrinos está ya presente antes de la gravitacional bien de la forma de estrella. Si usted acepta la hipótesis de un gas de frío neutrinos en equilibrio térmico a 2 grados kelvin, con velocidades típicas de 100 km/s, los neutrinos de permeado regiones de formación estelar con baja velocidad de escape. Las regiones densas alrededor de las estrellas desarrollar sin interactuar con los neutrinos, y los neutrinos se encuentran atrapados.

Para una clásica analogía, imagina que va a montar rogue planeta, sin ataduras a ninguna estrella. La estrella B, por la gravedad de independiente de usted, se viene desde el norte, y la estrella de la C, también por la gravedad de independiente, se acerca desde el sur. Una interacción con estrellas, por sí solas, de expulsión en una órbita hiperbólica. Sin embargo, si B y C chocan y se fusionan en tal forma que su velocidad relativa a la que es cero, y su pícaro planeta ustedes se encuentran ligadas gravitacionalmente con el nuevo objeto sin haber interactuado con ella. Esta es la esencia de la situación que enfrentan por el frío de los neutrinos en regiones de formación estelar.

Sin embargo, esta simple reventado no da ninguna mejora de la reliquia de la densidad de neutrinos alrededor de estrellas en comparación con el promedio de fondo. Sólo dice que va a mantener el neutrinos que estén cerca cuando la estrella se forma.

En segundo lugar, es la dispersión. Hay gravitacional, la dispersión de la carga actual de la dispersión de la materia ordinaria, y de neutro corriente de dispersión entre los neutrinos. Todos estos son pequeños, por supuesto, pero hay una gran cantidad de neutrinos involucrados (véase también el siguiente punto). Un evento de dispersión entre dos neutrinos en un gravitacional bien pueden ser la causa de ser expulsado del bien y que el otro sea más estrechamente vinculados. Este proceso puede dar una mejora gradual de la densidad de "atrapados" los neutrinos a través del tiempo, a pesar de poner cualquier expresión cuantitativa sobre "gradual" está más allá del alcance de esta respuesta (y probablemente ya en la literatura).

Tercero, y lo más molesto: no olvides que los neutrinos obedecer Fermi-Dirac estadísticas. Las enanas blancas son más grandes que las estrellas de neutrones con la misma masa debido a que los electrones son menos masivos que los neutrones, por lo que el degenerado número de la densidad de electrones es menor. Frío neutrino materia se hace degenerar en la sorprendentemente baja densidad (un estimado). Cualquier discusión de la envolvente de Turismo neutrinos tiene que tener esto en cuenta.

Answer 3

Como se explica en este trabajo, el efecto dominante es debido a las interacciones gravitacionales, lo que puede producir overdensities hasta un factor de $10^3$ para neutrino masas del orden de 1 eV. La agrupación de la reliquia de los neutrinos pueden ser modelados usando la colisión libre de la ecuación de Boltzmann (Vlasov ecuación) donde las densidades evolucionando bajo la influencia de la potencial gravitatoria, que a su vez satisface la ecuación de Poisson.

El acoplamiento del sistema de la Vlasov y el Veneno de ecuaciones contiene todas las partes de la física de cómo los neutrinos quedar atrapados debido a los overdensities llegar mejorado. Si usted tiene $N$ ligadas gravitacionalmente partículas y otra partícula viene, puede perder energía por medio de la interacción gravitacional con una overdensity debido a una agrupación de un subconjunto de estos $N$ de las partículas y, a continuación, obtener atrapados en el potencial gravitacional de las más grandes de $N$ de las partículas.