Flavor Oscillations in Core-Collapse Supernovae
核心坍缩超新星是研究中微子物理学许多方面的独特实验室。核心坍缩超新星中原中子星附近的特征是大物质和中微子密度。这个区域的一个显著特征是中微子-中微子相互作用的影响。随后的非线性多中微子系统的性质进行检查,特别强调其集体行为和对称性。中微子的性质和相互作用的r-过程核合成,可能发生在超新星环境的影响进行了讨论。
2012-09-26 astro-ph.SR hep-ph nucl-th
An "archaeological" quest for galactic supernova neutrinos
我们探索的可能性,以观察电子中微子的影响,从过去的银河系超新星,通过地球化学测量的锝97产生的中微子诱导的反应在钼矿石。我们提出的计算考虑到我们的知识的中微子相互作用,中微子振荡内的超新星,太阳中微子通量在地球上和可能失败的超新星的最新进展。预测的锝97丰度为每10千吨矿石10^7个原子,这接近目前地球化学实验的灵敏度。其中10-20%来自超新星。考虑到不确定性的可比大小,为了进行有意义的测量,需要在中微子通量和中微子截面的建模中更加精确。
2009-01-06 astro-ph.SR hep-ph
Temporal Instability Enables Neutrino Flavor Conversions Deep Inside Supernovae
我们表明,自相互作用的中微子气体可以自发地获得非平稳的脉动成分在其风味的内容,与频率,可以完全取消的“多角度”的折射效应的致密物质。这可以使均匀和不均匀的味道转换不稳定性即使在大中微子和物质密度下也存在,如果演化是严格稳定的,系统将是稳定的。通过这种新的机制,大的味道转换,特别是接近超新星核心的地方,是可能的。这可能会对爆炸动力学、核合成以及超新星的中微子观测产生重要影响。
2016-01-01 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Core-collapse supernovae and neutrino properties
我们强调在超新星中微子领域的发展。我们讨论了未来的观测的重要性,通过运行和即将进行的实验,从下一个超新星的中微子信号,以及弥漫的超新星中微子背景。
2022-05-27 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Neutrinos, supernovae, and the origin of the heavy elements
质量约为8-100太阳质量的恒星以核心坍缩超新星(SNe)的形式结束生命。在这个过程中,它们释放出强大的中微子爆发,产生各种元素,并留下一颗中子星或一个黑洞。广泛的质量范围的SN祖结果在不同的中微子信号,爆炸能量,和核合成产物。产生比铁重的原子核的一个主要机制是快速中子俘获,或称r过程。这个过程可以以几种方式连接到SNe。本文简要评述了SNe的中微子发射、爆炸和核合成的研究现状。
2018-01-25 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Effects of Annihilation with Low-Energy Neutrinos on High-Energy Neutrinos from Binary Neutron Star Mergers and Rare Core-Collapse Supernovae
本文研究了双中子星合并和稀有核心坍缩超新星中,窒息喷流产生的高能中微子与吸积盘低能中微子的湮灭效应,发现该效应会显著改变高能中微子的全味谱和味组成,需在精确测量中予以考虑。
2024-04-27 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Effects of neutrino mixing upon electron fraction in core collapse supernovae
大质量中微子的加入影响了重核形成的截面,改变了它们的丰度。快速中子俘获过程(r-过程)通常与爆炸事件有关,如核心坍缩超新星。本文研究了活动和惰性中微子振荡和相互作用对中微子通量、重子密度和物质电子分数的影响。我们考虑了两种不同的中微子初始分布函数和不同的混合参数组合(包括θ 34 = 0)。我们使用密度矩阵的形式进行计算,包括中微子振荡的影响,与物质的相互作用和自中微子相互作用。我们发现,中微子与物质的相互作用和与自己改变电子分数,影响r过程的开始。
2018-09-06 astro-ph.SR hep-ph nucl-th
Resonances Driven by a Neutrino Gyroscope and Collective Neutrino Oscillations in Supernovae
我们表明,味道演变的中微子系统的连续能谱在超新星中可以理解的个人中微子味isospins(NFIS的)的平均场的响应。在系统初始由能谱相同但数密度不同的nu_e和anti-nu_e组成的情况下,中微子陀螺仪的总角动量可以很好地近似平均场。假设NFIS的演化与初始中微子发射角无关,即所谓的单角近似,我们发现NFIS的演化分别由陀螺仪的进动和章动驱动的两种类型的共振决定。净风味转换关键取决于通过这些共振进化的绝热性。结果表明,两种初始中微子系统的结果可以推广到四种初始中微子系统,其中nu_e和anti-nu_e的初始数密度明显大于nu_x和anti-nu_x的初始数密度。此外,我们发现,当依赖于初始中微子发射角被考虑在多角度近似,章动的平均场很快衰减,可以忽略不计。与此相反,岁差驱动的共振仍然支配着不同能量和发射角的NFIS的演化,就像在单角近似。我们对超新星集体中微子振荡的教学和分析研究为这些看似复杂但迷人的现象提供了一些见解。
2011-07-19 astro-ph.SR hep-ph nucl-th
Strong magnetic field inside degenerate relativistic plasma and the impacts on the neutrino transport in Core-Collapse Supernovae
Peking University(北京大学);Yunnan Observatories, Chinese Academy of Sciences (CAS)(中国科学院云南天文台);Beihang University(北京航空航天大学);The University of Tokyo(东京大学);National Astronomical Observatory of Japan(日本国立天文台)
本文研究强磁场对核坍缩超新星中微子输运的影响,通过泄漏方案和1D模拟发现磁场增强中微子不透明度,导致中微子球半径增大、束缚时间延长、峰值光度降低和能量延迟。
2026-09-16 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Neutrino induced reactions in core-collapse supernovae: effects on the electron fraction
中微子引发的反应是恒星演化等天体物理过程的基本组成部分。中微子振荡的存在会影响核电弱衰变的速率,而核电弱衰变参与了决定恒星命运的事件链。在感兴趣的过程中,核心坍缩超新星中重元素的产生强烈依赖于中微子性质,例如不同种类中微子之间的混合。在这项工作中,我们研究了中微子振荡对电子分数作为中微子混合参数的函数的影响,两个计划:$1+1$计划(一个活动中微子和一个无菌中微子)和$2+1$计划(两个活动中微子和一个无菌中微子)。我们已经进行了这种分析,考虑核心坍缩超新星,并确定所需的物理条件,以激活核反应链参与r-过程。我们发现中微子与物质的相互作用以及它们之间的相互作用以及中微子球中初始的无菌中微子数量可能会改变电子分数,从而影响r过程的开始。我们已经设置了约束的活性-无菌中微子混合参数。它们是质量差平方$Δm^2_{14} $、混合角$\sin^2 2θ_{14}$和惰性中微子占据的阻碍因子$ξ_s $。计算已进行了不同值的$X_α$,这是部分的$α$ -粒子。对于$X_α=0$,如果是$Δm^2_{14} \geq 2 \, {\rm eV}^2 $、$\sin^2 2θ_{14} < 0.8 $和$ξ_s < 0.5$,则发生r过程。对于较大的$X_α$值,参数的区域大大减小。目前的结果进行了比较,在文献中的结果。
2018-08-09 astro-ph.SR hep-ph nucl-th
Fast flavor conversions in supernovae: the rise of mu-tau neutrinos
核心坍缩超新星中的中微子可以经历快速的味道转换,可能对爆炸机制和核合成产生影响。我们进行了第一次非线性模拟的快速转换中存在的三个中微子的味道。最近的超新星模拟与μ介子的生产要求这样的分析,因为他们放松了标准的$ν_{μ,τ}=\barν_{μ,τ}$(两味)假设。我们的结果表明,μ介子和τ轻子数角分布的意义,连同传统的电子轻子数的。事实上,我们的三种口味的结果可能与两种口味的结果非常不同。这些结果加强了进一步研究超新星模拟数据中快速转换发生的必要性,包括mu和tau中微子的简并破缺。
2020-05-28 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Stability of three neutrino flavor conversion in supernovae
中微子-中微子相互作用可以导致核心坍缩超新星的密集部分的集体味道转换。导致集体转换的不稳定性不断增加,在两个中微子物种的限制下进行了深入的研究,并在完美的球形超新星的情况下发生颠倒的质量排序。我们研究两个简单的模型碰撞和相交的中微子束和显示,三个中微子物种的不稳定性也存在正常的质量排序,即使在一个完全对称的系统。而不稳定性倒置的质量排序是与$Δm_{31}^2$,新的不稳定性,我们发现正常的质量排序是与$Δm_{21}^2$。因此,这些新的不稳定性的增长率为正常秩序是较小的数量级相比,研究的情况下,倒序的速率。
2019-06-24 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Neutrinos from type Ia supernovae: the deflagration-to-detonation transition scenario
人们早就认识到,从银河系下一个核心坍缩超新星中检测到的中微子有可能揭示有关爆炸动力学和核合成条件的重要信息,并使我们能够探测中微子本身的性质。从热核Ia型超新星中发射出的中微子也具有相同的势能,尽管这些超新星是较暗的中微子源。对于第一次,我们计算的时间,能量,视线,和中微子的味道依赖的功能,预期从三维延迟爆炸爆炸模拟,其中爆燃到爆炸过渡触发一个近kirrasekhar质量的碳-氧白矮星的完全破坏的中微子信号。我们还计算了中微子的味道演变沿八条视线,通过模拟作为时间和能量的函数,使用一个确切的三味转换代码。我们确定了一个特征光谱峰在$\sim 10$ MeV的电子捕获铜的签名。这个峰值是爆炸模型的一个潜在的区别特征,因为它反映了爆炸早期的核合成条件。我们用SNOwGLoBES事件率计算软件模拟了Super-K,Hyper-K,JUNO和DUNE中微子探测器的事件率,并计算了IceCube信号。Hyper-K将能够探测到我们模型中距离$\sim 10$ kpc的中微子。在1 kpc时,JUNO、Super-K和DUNE会记录几个事件,而IceCube和Hyper-K会记录几十个事件。
2016-08-22 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
A New Multi-Dimensional General Relativistic Neutrino Hydrodynamics Code for Core-Collapse Supernovae II. Relativistic Explosion Models of Core-Collapse Supernovae
我们提出了第一个二维的广义相对论(GR)模拟恒星核心的崩溃和爆炸的CoCoNuT流体动力学代码结合VERTEX求解器的能量依赖性,三味中微子运输,使用扩展的共形平坦性条件近似的时空度量和射线的射线加anomaly来解决运输的多维性。对于所研究的11.2和15太阳质量的祖先,我们获得了成功的,虽然看似边缘,中微子驱动的超新星爆炸。这一结果和模型的时间演变基本上同意与PROMETHEUS水求解器,包括一个近似处理的相对论效应的修改后的牛顿势以前得到的结果。然而,GR模型在中微子层条件下表现出微妙的差异相比,牛顿和伪牛顿模拟。这些差异导致显着更高的亮度和平均能量的辐射电子中微子和反中微子,因此更大的能量沉积率和加热效率的增益层具有有利的后果,为强大的非径向质量运动,并最终爆炸。此外,在重轻子中微子散射反应中,通过核子反冲将能量转移到中微子球周围的恒星介质中,也增强了上述效应。与以前的伪牛顿模型一起,所提出的相对论计算表明,重力和能量交换中微子相互作用的处理在某些数量上甚至可以产生50-100%的差异,并且可能有助于最终成功的爆炸机制,其程度不亚于不同维度之间的流体动力学差异。
2012-07-11 astro-ph.SR
Quasithermal GeV neutrinos from neutron-loaded magnetized outflows in core-collapse supernovae: spectra and light curves
本研究针对核心坍缩超新星中强磁化快速自转原中子星的磁化风场景,数值计算相对论性中子解耦碰撞产生的0.1-10 GeV准热中微子的能谱与光变曲线,预测银河系超新星的可探测事件数,为多能段中微子源及暂现天体研究提供支撑。
2024-10-09 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Explicit Asymptotic Solutions of $ν_e + e^-$ Neutrino Networks for Large Sets of Partial Differential Equations in Core-Collapse Supernovae
本文提出FENN软件套件,采用代数稳定的显式渐近方法求解核心坍缩超新星中的中微子-电子散射网络,在保持稳定性的同时提升计算效率,并扩展了缩放网络与多味中微子散射动力学研究。
2024-09-04 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Sterile neutrino oscillations in core-collapse supernovae
我们已经进行了核心坍缩超新星模拟,允许电子中微子(或其反粒子)与右手无菌中微子之间的振荡。我们已经考虑了一系列的混合角和不育中微子的质量,包括那些符合不育中微子作为暗物质的候选者。我们研究这种振荡是否会影响超新星的核心反弹和冲击再加热。我们确定的最佳范围的混合角和质量,可以大大提高超新星爆炸有效地传输电子反中微子从核心后面的冲击,他们提供额外的加热,导致更大的爆炸动能。我们表明,这种效应可以导致恒星爆炸,否则就会崩溃。我们发现,一个有趣的周期性的中微子光度的发展,由于一个周期的中微子密度的耗尽转换为无菌中微子关闭转换,然后由一个补充的中微子密度作为中微子运输通过核心。
2014-10-17 astro-ph.HE astro-ph.SR
Neutrino Signal of Electron-Capture Supernovae from Core Collapse to Cooling
对一颗质量为8.8太阳的电子俘获超新星(SN)进行了球对称模拟,模拟了SN从坍缩到爆炸直至形成中的中子星几乎完全去质子化的全过程。由于中微子不透明度中核子-核子关联的存在,演化时间很短,约为9 s。经过一个短暂的吸积增强光度阶段(~200 ms),所有物种的光度均分变得几乎完美,电子反中微子和μ子/τ反中微子的光谱非常相似。我们讨论了中微子驱动的风作为核合成网站和SN中微子的味振荡的后果。
2011-02-20 astro-ph.SR
Analytic solutions for neutrino-light curves of core-collapse supernovae
中微子是银河系超新星爆发的可靠信号,也是最有价值的信使,可以为我们提供有关超新星最深处的信息。特别是,中微子将为我们提供物理量,如质子中子星(PNS)的半径和质量,这是超新星的中心引擎。这需要一个理论模型,将中微子光度和平均能量等可观测量与物理量联系起来。在这里,我们显示的中微子光曲线的解析解来自中微子辐射输运方程采用扩散近似和流体静力学方程的解析密度解的PNS。作为时间的函数的中微子光度和平均能量的明确提出,与PNS质量,半径,中微子的总能量,表面密度和不透明度的依赖。解析解提供了爆炸后几秒钟的数值模型的良好表示,并允许从观测数据中对这些物理量进行粗略估计。
2021-01-27 astro-ph.HE astro-ph.SR
Core-Collapse Supernovae: Explosion Dynamics, Neutrinos and Gravitational Waves
几十年来,对超新星爆炸机制的探索一直是计算天体物理学中的一个突出挑战。模拟现在已经进展到一个阶段,在这个阶段,解决方案似乎接近,中微子和引力波信号从自洽爆炸模型变得可用。在这里,我们集中在超新星建模的最新进展之一,包括广义相对论在多维中微子流体力学模拟,并提出了最新的模拟结果为11.2和15太阳质量的祖。我们还提到3D效应是超新星物理学的另一个方面,有待进一步,更彻底的研究。
2011-12-08 astro-ph.SR
Neutrino Emission as Diagnostics of Core-Collapse Supernovae
随着银河系核心坍缩超新星的无数探测事件,当前和未来的中微子探测器将能够采样详细的,随时间变化的中微子通量和光谱。这为从中微子信号的各个阶段推断超新星物理学提供了巨大的可能性,从中子化爆发到吸积和早期爆炸阶段再到冷却阶段。该信号将约束年轻的原中子星的质量、半径等体参数的时间演化以及前身星的结构,探测超新星核心的多维现象,并约束早期爆炸阶段的动力学。除了进一步的天体物理学意义,超新星中微子也可能进一步阐明超核密度物质的性质和粒子物理学中的未决问题。
2019-04-24 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ex
Ultrahigh-energy cosmic-ray nuclei and neutrinos from engine-driven supernovae
跨相对论性超新星(SNe)可能是由中心引擎通过喷流或风驱动的,是超高能宇宙射线(UHECR)的候选来源之一。我们调查的加速和生存的UHECR核在外部反向冲击的情况下。利用Zhang等人(2018)中使用的成分模型,我们计算了逃逸宇宙射线和次级中微子的光谱。如果它们的局部速率是核心坍缩超新星速率的$\sim1$ %,那么观测到的UHECR谱和成分可以用宇宙线总能量${\mathcal E}_{\rm cr}\sim10^{51}$ erg来解释。UHECR核的最大能量可达$\sim 10^{20}-{10}^{21}\rm~eV$。在0.1-1 EeV的范围内,源中微子的扩散通量被预测为$\sim 10^{-11} - 10^{-10}~{\rm GeV}~{\rm cm}^{-2}~{\rm s}^{-1}~{\rm sr}^{-1}$,满足核存活边界。计算了相关的宇宙成因中微子通量,结果表明与源中微子通量相当,甚至更高。这些超高能中微子可以被终极探测器探测到,如巨型射电阿斯卡里安中微子探测器和极端多信使天体物理探测器。
2019-09-26 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
EstrellaNueva: an open-source software to study the interactions and detection of neutrinos emitted by supernovae
超新星释放出大量的中微子,这些中微子可以被地球上的探测器探测到。未来的吨级探测器将对几个中微子相互作用通道敏感,如果星系附近出现超新星,预计会发生数千起事件。尽管有大量的超新星模型存在,但研究超新星中微子相互作用速率的工具数量有限。EstrellaNueva是一个开源软件,用于计算探测器中超新星中微子的预期速率,使用具有典型成分的目标材料,并且可以很容易地添加其他成分。该软件考虑了中微子在超新星中通过绝热Mikheyev-Smirnov-Wolfenstein效应的味转换,以及它们在探测器中通过几个通道的相互作用。大部分相互作用截面都已解析实现,如中微子-电子和中微子-质子弹性散射、逆β衰变和中微子-核相干弹性散射。该软件通过计算能量密度和事件发生率,将超新星模拟与探测器中的预期事件联系起来,以简化理论与观测之间的任何比较。它提供了一个简单的独立工具来探索许多物理场景,提供了一个选项来添加分析截面和定义任何目标材料。
2022-03-29 astro-ph.HE astro-ph.IM astro-ph.SR
Influence of Magnetorotational Instability on Neutrino Heating: A New Mechanism for Weakly Magnetized Core-Collapse Supernovae
我们研究了磁旋转不稳定性(MRI)对弱磁化,快速旋转的核心崩溃的动力学的影响进行高分辨率的MHD模拟在轴对称与简化的中微子转移。我们发现,一个最初的子磁星类磁场是急剧放大的MRI,并大大影响其后的动态。虽然磁压不足以强到喷射物质,但放大的磁场有效地将角动量从高纬度转移到低纬度,这会由于额外的离心力而导致低纬度加热区的扩大。这会提高中微子加热的效率,最终导致中微子驱动的爆炸。这是一个新的核心坍缩超新星的场景,迄今为止从未被数值模拟证明。
2014-02-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
Impact of neutrino pair-production rates in Core-Collapse Supernovae
在本文中,我们提出了一个仔细的研究中微子对生产的影响,核心坍缩超新星通过球对称,广义相对论模拟的两个不同的大质量恒星的祖先与能量依赖的中微子输运。我们探讨的影响和后果的基础微观物理和实施的辐射输运算法的超新星演化,中微子信号特性,和爆炸动力学。我们考虑了超新星中发现的两个主要中微子对产生过程,电子正电子湮没以及核子核子韧致辐射,并结合辐射输运算法中对这两个过程的简化和完整处理。我们发现,使用简化的处方定量影响中微子信号在10\%的水平和潜在的超新星动力学,因为我们显示的情况下,9.6 M $_\odot$祖。我们还表明,核子-核子韧致辐射相互作用的选择也可以对中微子信号产生定量的影响。一个自洽的处理与国家的最先进的微观物理的核心崩溃的精确模拟建议,但这里探讨的简化处理是计算要求较低,并在定性类似的演变结果。
2020-10-05 astro-ph.HE astro-ph.SR
New Prospects for Detecting High-Energy Neutrinos from Nearby Supernovae
本文预测邻近超新星可产生大量高能中微子,IceCube和KM3Net可探测到数千至数十万事件,为研究中微子性质和宇宙射线起源提供新途径。
2023-12-28 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-ph
Recoil-Enabled Energy Transfer from Coherent Neutrino Scattering in Core-Collapse Supernovae
研究通过考虑核反冲效应,揭示了核心坍缩超新星中中微子与物质相互作用的能量转移机制,为可靠爆炸建模提供了新的物理基础。
2025-11-28 astro-ph.HE astro-ph.SR
Neutrino-driven explosions of ultra-stripped type Ic supernovae generating binary neutron stars
我们研究了超剥离超新星的爆炸特征,这是超剥离超新星产生双星中子星的候选者。作为第一步,我们进行恒星演化模拟裸露的碳氧核心的质量从1.45到2.0 $M_\odot$,直到铁芯变得不稳定,并开始崩溃。然后,我们使用这些恒星演化的结果作为初始条件进行轴对称流体力学模拟光谱中微子输运。所有模型都表现出由中微子加热驱动的成功爆炸。诊断爆炸能量、喷出物质量、Ni质量和NS质量通常为$\sim 10^{50}$ erg、$\sim 0.1 M_\odot$、$\sim 0.01M_\odot$和$\approx 1.3 M_\odot$,它们与SN 2005 ek等快速演化和发光瞬变的观测结果相一致。我们还发现,超剥离的SN是一个候选人,以产生次级低质量NS在所观察到的紧凑的双星,如PSR J 0737 -3039。
2015-09-21 astro-ph.HE astro-ph.SR
Boron Synthesis in Type Ic Supernovae
本文研究了一颗高能Ic型超新星(SNIc)的中微子过程以及由此产生的硼及其稳定同位素等轻元素。SN Ic是一种非常独特的硼源,因为它不仅可以通过Nakamura & Shigeyama(2004)中讨论的Spectrometry反应产生硼,还可以通过中微子过程产生硼。中微子过程被认为发生在核心坍缩超新星中,以前的研究仅限于II型超新星(SNe II)。虽然SN Ic的祖先星没有氦包层,因此不太可能通过中微子过程产生7Li,但11B可以在富C层中产生。我们演示了一个流体动力学模拟的超新星Ic爆炸和估计的轻元素的量通过中微子过程中产生的第一次,也是随后的spectroscopic之间的最外层的紧凑的超新星Ic祖和周围介质的反应。我们发现,在目前的SN Ic模型中的中微子过程产生了大量的11 B,这是稀释的10 B从spiritual反应,以更接近B同位素比观察到的陨石。我们还证实,高温μ-和τ-中微子和它们的反中微子,合理地建议从紧凑的结构的SN Ic的祖先,通过中性电流反应,这可能意味着一个重要的作用,SNe Ic在银河系化学演化中的轻元素的生产。
2010-07-01 astro-ph.HE astro-ph.SR
Collective neutrino oscillations and heavy-element nucleosynthesis in supernovae: exploring potential effects of many-body neutrino correlations
本文研究超新星中集体中微子振荡对核合成的影响,发现其可显著改变νp过程和r过程产额,并提出中微子诱发的“νi过程”;超越平均场的多体量子关联也可能导致不同的核素产额。
2024-06-07 astro-ph.HE astro-ph.SR hep-th