¿La tasa de producción de neutrinos en el universo ha variado con el tiempo? ¿Se están creando más o menos ahora en los primeros días?
Probablemente se produjeron más Neurinos hace miles de millones de años que hoy porque había más estrellas muy grandes en galaxias jóvenes. No voy a tocar los primeros segundos después del Big Bang. Alguien más puede hacerlo si lo desean, pero después de la formación estelar, es un problema sorprendentemente simple de resolver.
Los neutrinos se producen principalmente en reacciones nucleares en las estrellas. Las estrellas grandes producen mucho más que las estrellas más pequeñas. Una estrella con 10 masas solares produciría, más o menos, alrededor de 10,000 neutrinos más. Las estrellas de ese tamaño son poco comunes porque solo viven entre 10 y 15 millones de años. Solo alrededor de 1 de cada 800 estrellas son de tipo B o más en términos de producción de neutrinos y la mayoría de esas son solo unas pocas masas solares, produciendo entre 50 y 500 veces la cantidad de neutrinos que produce nuestro sol. Las estrellas productoras de neutrinos muy altas son lo suficientemente raras como para no arrojar los números. (Estoy ignorando las supernovas, pero llegaré a eso).
Si estimamos 100 mil millones de estrellas en la vía láctea, las más grandes emiten muchos más neutrinos que nuestro sol y las más pequeñas, muchas menos. Y nuestro sol emite 1.79 x 10 ^ 38 neutrinos por segundo. Haciendo una muy mala estimación, todas las estrellas de la Vía Láctea juntas emiten probablemente en el rango de 1 x 10 ^ 49 neutrinos por segundo. Pensar que nuestro sol, en el tamaño grande, emite más proporción de neutrinos a masa que el promedio, pero no mucho más). Nuevamente, estamos ignorando las supernovas. Verás por qué pronto.
Entonces, mala estimación, 1 x 10 ^ 49 por segundo de todas las estrellas en la galaxia, o 3 x 10 ^ 56 por año. O 1 x 10 ^ 58 en unos 30 años. (¿Por qué me importan 10 ^ 58 preguntas?)
Porque esa es la cantidad de neutrinos que lanzó la supernova de tipo II en 1987. Fuente . Entonces, una nova de tipo II produce la misma cantidad de neutrinos que todas las estrellas de la vía láctea producen actualmente en unos 30 años, más o menos.
La vía láctea tiene un estimado de mil millones de estrellas de neutrones y alrededor de 100 millones de agujeros negros de masa estelar . Cada uno de ellos solo puede formarse por supernovas tipo 2. Dada la edad de la Vía Láctea, alrededor de 13 mil millones de años, si lo promediamos, esa es una supernova tipo II cada 12 años más o menos. La tasa actual es mucho más lenta, por lo que la joven Vía Láctea tenía significativamente más supernovas tipo 2 de las que promedia actualmente, y sería consistente que hubiera estrellas significativamente más grandes. Incluso con significativamente menos estrellas de secuencia principal y más pequeñas, las estrellas grandes y la nova tipo II son las ganadoras claras en la producción de neutrinos.
La tasa actual de supernova (Tipo 1 y II) en la vía láctea es de una cada 50 años , por lo que la tasa tuvo que ser varias veces mayor cuando la galaxia era joven.
La producción máxima de neutrinos coincidiría con las explosiones de supernovas pico tipo II, que solo serían unos 5-15 millones de años después de la formación estelar de gran tamaño. No menciono la supernova Tipo 1, porque, aunque es más común ahora, (creo) producen muchos menos neutrinos. Todavía es un buen negocio, pero mucho menos de 10 ^ 58, aunque tuve algunas dificultades para encontrar un número específico.
Es muy probable que las galaxias espirales jóvenes como nuestra Vía Láctea produzcan (muy mala suposición), tal vez 10 veces más neutrinos de los que producen unos 13 mil millones de años después de la formación, por lo que esa sería la respuesta más probable. Una vez que la gran formación de estrellas en las galaxias estaba en marcha, la producción de neutrinos probablemente alcanzó su punto máximo, ya sea cuando el universo tenía unos cientos de millones de años o un par de miles de millones, no lo sé, pero la producción de neutrinos probablemente alcanzó su punto máximo temprano con la formación de muchos grandes estrellas y comenzó una disminución gradual y constante después del pico.
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