Warum brauchen Neutrinos Zeit, um sich zu streuen?

Sie sind auf dem Holzweg. Die Passage, die Sie zitieren, spricht davon, wie Neutronensterne abkühlen , nachdem sie sich gebildet haben. Neutrinos werden in einem Ausbruch emittiert, der einige Sekunden nach dem Zusammenbruch des Kerns dauert, aber dann weiter produziert wird, während der Neutronenstern heiß ist.

Tatsächlich ist die Neutrinoproduktion im ersten Bruchteil einer Sekunde nach dem Kernkollaps erschreckend hoch. Das heiße, dichte Material ist jedoch undurchsichtig für Neutrinos (mittlere freie Weglänge von 10-100 m) und sie diffundieren nach außen, ähnlich wie Photonen von der Sonne. Aber die Zeitskala dafür beträgt nur etwa 10 Sekunden. Sobald der Neutronenstern auf ca$10^{10}$K, die Fermionen (Neutronen, Protonen, Elektronen) im Neutronenstern werden entartet und der Neutronenstern wird für Neutrinos transparent, weil nur der kleine Anteil an Fermionen darin enthalten ist$kT$ihrer Fermi-Oberflächen mit thermischen Neutrinos wechselwirken können und die mittleren freien Weglängen der Neutrinos zunehmen$\sim T^{-2}$und die Produktionsrate von Neutrinos fällt als$T^6$.

Dennoch würde der Neutronenstern dann seine gesamte Wärmeenergie innerhalb von weiteren 10 Sekunden abstrahlen, aber die wichtigsten neutrinoerzeugenden Reaktionen – Zyklen des Beta- und inversen Beta-Zerfalls (auch bekannt als der Urca-Prozess ) werden blockiert (außer vielleicht direkt im Kern). bei den höchsten Dichten) durch eine Unfähigkeit, gleichzeitig Energie und Impuls in dem entarteten Gas zu erhalten. Stattdessen werden Neutrinos weiterhin durch den modifizierten Urca-Prozess mit einer viel langsameren Rate erzeugt, wobei „begleitende“ Baryonen verwendet werden, um den Impuls zu erhalten.

Obwohl die Effizienz dieses Prozesses gering ist, ist dies auch die in entarteten Gasen enthaltene thermische Energie. Somit tritt immer noch eine schnelle Abkühlung auf. Mir ist nicht klar, woher Wikipedia seine Informationen bezieht, aber Kühlung auf sogar eine Oberflächentemperatur von$10^{6}$K (die Innenräume sind 1-2 Größenordnungen heißer) wird wahrscheinlich länger als ein paar Jahre dauern - irgendwo zwischen 100 und$10^4$Jahren, es sei denn, direkte URCA-Prozesse sind irgendwie erlaubt (z. B. in Quark-Materie, siehe Yakovlev & Pethick 2004, für einen gründlichen Überblick über die Kühlung von Neutronensternen ).

Einfache Antwort: Die Materiedichte ist unglaublich hoch. Die Energiedichte kann eine kohärente Streuung der Neutrinos zwischen den Nukleonen ermöglichen. Es gibt viel Materie, und sie ist für Neutrinos nicht transparent. Die mittlere freie Weglänge für die Streuung ist sehr klein, und die Neutrinos springen hin und her.

Neutrinotransport in Kernkollaps-Supernovae

Neutrino bedeutet freie Weglänge und Kernwechselwirkung im Medium