Масса всех нейтрино

Масса нейтрино, как вы ее определили, не будет частью каких-либо расчетов видимой массы Вселенной. Их действительно будет очень много.$>$Нейтрино со свистом в МэВ, испущенные звездами во время их ядерного горения.

Эти нейтрино вносят очень небольшой вклад в темную материю в современной Вселенной, но, конечно же, они отсутствовали в эпоху, когда формировался космический микроволновый фон (который является одним из основных способов, с помощью которых вклад темной материи определяется). оцененный).

Чтобы получить ответ на этот вопрос, вам понадобится библиотека звездных моделей, которая дает нейтринную светимость и энергетический спектр в зависимости от звездного возраста. Вы бы интегрировали их по соответствующим срокам жизни звезд и распределению звездной массы. Сложность будет заключаться в том, что вам придется ввести скорость звездообразования (для Вселенной) и интегрировать только до сегодняшнего дня для тех звезд (большинство), которые родились, но все еще живы.

Но мы можем возразить , что вклад нейтрино должен быть небольшим, потому что мы знаем, что только незначительное меньшинство массы покоя звезды превращается в энергичные нейтрино (порядка 1%) во время горения водорода. Но звезды (прошлые и настоящие) даже не составляют большую часть барионной массы во Вселенной, и большая часть барионной материи (возможно, 90%) не находится и никогда не находилась внутри звезды.

Другой способ увидеть это состоит в том, что только около 1% вещества в межзвездной среде Млечного Пути находится в форме тяжелых элементов, а содержание гелия увеличилось только с 24% до 26% после Большого взрыва. Это указывает на то, что даже в нашей Галактике звезды полностью переработали очень мало первичного материала, хотя есть дополнительный вклад от тех звезд, которые родились и все еще живы. Учитывая, что преобразование водорода в гелий имеет эффективность около 1% с точки зрения массы покоя, преобразованной в энергию, и что только около 1% этой энергии находится в форме нейтрино, это действительно выглядит очень небольшим вкладом.

В результате гравитационного коллапса ядер массивных звезд может быть испущено гораздо больше нейтрино. Вплоть до$10^{46}$J нейтрино может испускаться на одну сверхновую, но это все же меньше 1% исходной энергии массы покоя звезды.

Учитывая, что темной материи примерно в 5 раз больше, чем барионной материи, горячие нейтрино могут внести очень небольшой вклад в первую.

Даниэль Дарабос напомнил мне Fukugita & Peebles (2004) - "Инвентаризация космической энергии". В этой статье оценивается (согласно направлениям, которые я обрисовал выше), что доля критической плотности (где измерения космического микроволнового фона показывают, что плотность энергии Вселенной действительно очень близка к этому критическому значению), присутствующая в звездах и звездных остатках всех видов. составляет всего 0,0025 (всего 6% от общей барионной массы), а звездные нейтрино составляют всего лишь долю$3\times 10^{-6}$, в котором преобладают нейтрино от сверхновых с коллапсом ядра. Эта доля сравнима с полной плотностью энергии «звездного света», но намного меньше вклада «первичных нейтрино», которые отделились от остальной Вселенной примерно через 1 секунду после Большого взрыва ($\Omega_\nu \sim 10^{-3}$для первичных нейтрино).

Еще один момент, сделанный Фукугитой и Пиблзом, о котором я забыл, заключается в том, что вы должны уменьшить плотность энергии звездных нейтрино на некоторый коэффициент, который объясняет расширение Вселенной с момента испускания нейтрино.

Чтобы добавить к превосходному ответу ProfRob отрывок из эссе Саймона Д.М. Уайта 2018 года « Реконструкция Вселенной на компьютере: физическое понимание в цифровую эпоху »:

Возможное решение о том, что темная материя может состоять из нейтрино, было в значительной степени поддержано экспериментом по распаду трития в 1980 году, в котором утверждалось, что масса электронного нейтрино составляет 30 эВ. Критический вопрос тогда заключался в том, может ли рост структуры во вселенной с преобладанием нейтрино соответствовать крупномасштабной структуре, наблюдаемой в современном распределении галактик.

[Предсказывается, что вселенные, в которых преобладают нейтрино, имеют более обширные пустоты, чем наблюдается.]

Это несоответствие привело к отказу от известных нейтрино как потенциальных кандидатов в темную материю, хотя прошло еще два десятилетия, прежде чем они были окончательно исключены экспериментальными верхними ограничениями на их массы.

Недавний экспериментальный верхний предел составляет 1,1 эВ из улучшенного верхнего предела массы нейтрино из прямого кинематического метода от KATRIN , 2019.

Эта статья

https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2020/12/14/8-facts-about-the-suns-most-ghostly-particle-the-neutrino/?sh=75b4426115d0

подтверждает количество нейтрино в ваших вопросах и говорит, что они уносят энергию от солнца со скоростью$4\times 10^{24}$Вт.

1. Оценку можно сделать, умножив число в вашем вопросе на количество секунд в возрасте Вселенной (пренебрегая любым поглощением), а затем умножив на количество звезд.

Говорят, что звезды образовались через 180 миллионов лет после Большого взрыва. Предполагая, что они приблизительно подобны Солнцу, в лучшем случае$\frac{10^{53}}{10^{30}} = 10^{23}$из них (от массы Вселенной, деленной на массу Солнца).

Оценка числа образовавшихся нейтрино есть

$13.5 \times 10^{9}\times 365 \times 24\times 3600 \times 2\times 10^{38} \times 10^{23} = 9\times 10^{78}$

о$10^{79}$.

2. Масса их будет, самое большее, $$10^{23} \times 4\times 10^{24} \times 13.5 \times 10^{9}\times 365 \times 24\times 3600\times \frac{1}{(3\times 10^8)^2}$$

О$10^{48}$кг. Эти цифры являются очень грубыми оценками, но показывают, что масса (темная масса) нейтрино была бы мала по сравнению с массой Вселенной, примерно$10^{53}$кг.