Di panggung kosmik, tabrakan dua bintang neutron jadi salah satu peristiwa dahsyat, ruang-waktu beriak, kilonova menyala, dan unsur-unsur berat ditempa dari reruntuhan nuklir.
Kini, tim peneliti dari Penn State dan University of Tennessee Knoxville menambahkan aktor yang selama ini luput dari simulasi, neutrino yang berubah “rasa” di tengah kekacauan. Hasilnya, baik jalannya merger maupun pancaran akhirnya, dari cahaya hingga gelombang gravitasi, ikut bergeser.
Neutrino adalah partikel elementer yang hampir tidak berinteraksi dengan materi. Ia hadir dalam tiga “rasa”: elektron, muon, dan tau. Di kondisi ekstrem seperti di dalam dan sekitar bintang neutron, teori memprediksi neutrino dapat saling bermetamorfosis. Tim ini untuk pertama kalinya menyimulasikan transformasi rasa neutrino di skala nanodetik selama merger, dan menemukan bahwa kapan, di mana, dan seberapa kuat pencampuran terjadi, berdampak langsung pada materi yang terlontar, struktur sisa merger, dan komposisinya.
Untuk itu, para peneliti membangun simulasi dari dasar, merangkai relativitas umum, hidrodinamika, transport neutrino, hingga resep konversi rasa, terutama dari neutrino elektron ke neutrino muon, yang dinilai paling relevan di lingkungan ini. Sejumlah skenario dijalankan dengan memvariasikan kepadatan medium, lokasi zona pencampuran, serta waktunya relatif terhadap momen tumbukan.
Dari sana, gambarannya menjadi jelas, perubahan rasa mengubah saluran reaksi yang mengatur rasio proton-neutron. Neutrino elektron mampu mengubah neutron menjadi proton (bersama elektron), sedangkan neutrino muon tidak. Bila populasi neutrino bergeser ke rasa muon, jumlah neutron bebas yang tersedia untuk proses penangkapan cepat (r-process) meningkat atau menurun dengan cara yang bergantung pada detail lokal. Dalam skenario tertentu, model memperlihatkan produksi unsur berat, termasuk emas, platinum, dan sejumlah unsur tanah jarang, dapat meningkat hingga satu orde besaran dibandingkan simulasi tanpa pencampuran.
Dampaknya merembet ke observasi. Materi yang terlontar dan komposisinya memengaruhi kilonova, kilatan cahaya multiwarna dari peluruhan radioaktif unsur-unsur baru, dan potensialnya juga mengubah jejak halus pada gelombang gravitasi. Dengan LIGO, Virgo, dan KAGRA yang kembali beroperasi, serta konsep observatorium Cosmic Explorer pada 2030-an, pemahaman lebih baik tentang bagaimana neutrino “mengaduk” campuran selama merger akan membantu menafsirkan data yang kian kaya.
Tim mengilustrasikan dinamika pencampuran seperti bandul yang dibalik, di awal, sistem berosilasi cepat luar biasa sebelum menetap ke keadaan lebih stabil. Namun detail mekanisme mikro, di mana dan seberapa luas zona transformasi muncul, masih menjadi medan riset teori. Yang pasti, ketika transformasi tersebut dimasukkan, konsekuensinya tidak bisa diabaikan, sisa merger (remnant) menjadi berbeda, aliran akresi dan piringannya berganti sifat, dan inventaris unsur di alam semesta mendapat pembaruan angka.
Implikasinya melampaui satu peristiwa. Asal-usul kosmik logam mulia dan unsur tanah jarang, bahan ponsel, baterai kendaraan listrik, hingga elektronik presisi, bergantung pada keseimbangan halus interaksi partikel di lingkungan paling ekstrem. Dengan infrastruktur simulasi yang kini tersedia, kelompok lain diharapkan dapat mengeksplorasi lanskap parameter lebih luas dan mengaitkannya dengan pengamatan multi-utusan (gravitasi, cahaya, dan, suatu saat, neutrino astrofisika).
Pada akhirnya, merger bintang neutron berfungsi sebagai laboratorium alam, membuka fisika yang mustahil kita duplikasi di Bumi. Menambahkan “bumbu” neutrino yang berubah rasa ke dalam resep simulasi membuat laboratorium ini kian jujur meniru realitas, dan membawa kita selangkah lebih dekat memahami bagaimana alam semesta menempa unsur-unsur yang kita gunakan setiap hari.
SEO (deskripsi): Simulasi pertama yang memasukkan pencampuran “rasa” neutrino dalam tabrakan bintang neutron menunjukkan dampak besar pada produksi unsur berat, kilonova, dan gelombang gravitasi, menawarkan petunjuk baru asal-usul emas, platinum, dan tanah jarang.
Caption: Ilustrasi merger bintang neutron dengan aliran neutrino yang berubah “rasa”, memengaruhi materi terlontar, kilonova, dan jejak gelombang gravitasi.
