Masa de todos los neutrinos

La masa del neutrino, tal como la has definido, no formará parte de ningún cálculo de la masa visible del universo. De hecho, habrá un gran número de$>$Los neutrinos MeV que zumban alrededor han sido emitidos por las estrellas durante su vida útil de combustión nuclear.

Estos neutrinos serían un contribuyente muy pequeño a la materia oscura en el universo actual, pero por supuesto habrían estado ausentes durante la época en que se formó el fondo cósmico de microondas (que es uno de los principales medios por los cuales la contribución de la materia oscura es estimado).

Para obtener una respuesta a esta pregunta, necesitaría una biblioteca de modelos estelares que proporcionaran la luminosidad y el espectro de energía del neutrino en función de la edad estelar. Los integraría a lo largo de las vidas estelares correspondientes y una distribución de masa estelar. Una complicación sería que hay que introducir una tasa de formación estelar (para el universo) e integrar sólo hasta el día de hoy para aquellas estrellas (la mayoría) que han nacido, pero siguen vivas.

Pero podemos argumentar que la contribución de los neutrinos debe ser pequeña porque sabemos que solo una pequeña minoría de la masa en reposo de una estrella se convierte en neutrinos energéticos (del orden del 1%) durante la quema de hidrógeno. Pero las estrellas (pasadas y presentes) ni siquiera contribuyen a la mayor parte de la masa bariónica del universo y la mayor parte de la materia bariónica (quizás el 90%) no está ni ha estado nunca dentro de una estrella.

Otra forma de ver esto es que solo alrededor del 1% de la materia en el medio interestelar de la Vía Láctea está en forma de elementos pesados ​​y que la abundancia de helio solo ha aumentado de alrededor del 24% al 26% desde el Big Bang. Esto indica que las estrellas han procesado completamente muy poco material primordial, incluso en nuestra galaxia, aunque hay una contribución adicional de aquellas estrellas que han nacido y aún están vivas. Dado que la conversión de hidrógeno en helio tiene una eficiencia de alrededor del 1% en términos de masa en reposo convertida en energía, y que solo alrededor del 1% de esta energía está en forma de neutrinos, entonces parece una contribución muy pequeña.

Muchos más neutrinos pueden ser emitidos por el colapso gravitacional de los núcleos de estrellas masivas. Hasta$10^{46}$Se pueden emitir J de neutrinos por supernova, pero esto sigue siendo menos del 1% de la energía original de la masa en reposo de la estrella.

Dado que hay unas 5 veces más materia oscura que materia bariónica, los neutrinos calientes pueden contribuir muy poco a la primera.

Daniel Darabos me recordó a Fukugita & Peebles (2004) - "The Cosmic Energy Inventory". Este documento estima (en la línea que describí anteriormente) que la fracción de la densidad crítica (donde las mediciones del fondo cósmico de microondas sugieren que la densidad de energía del universo está realmente muy cerca de este valor crítico) presente en estrellas y remanentes estelares de todo tipo es solo 0.0025 (solo el 6% de la masa bariónica total) y que los neutrinos estelares representan una fracción de solo$3\times 10^{-6}$, dominada por neutrinos de supernovas de colapso del núcleo. Esta fracción es comparable a la densidad de energía total de la "luz de las estrellas", pero mucho menor que la contribución de los "neutrinos primordiales" que se desacoplaron del resto del universo después de aproximadamente 1 segundo después del big bang ($\Omega_\nu \sim 10^{-3}$para neutrinos primordiales).

Otro punto hecho por Fukugita & Peebles, que había olvidado, es que tienes que reducir la densidad de energía de los neutrinos producidos estelares por algún factor que explique la expansión del universo desde que se emitieron los neutrinos.

Para agregar a la excelente respuesta de ProfRob, un extracto del ensayo de Simon DM White de 2018, Reconstruyendo el Universo en una computadora: comprensión física en la era digital :

Una posible solución, que la materia oscura podría estar formada por neutrinos, fue muy alentada por un experimento de desintegración de tritio de 1980 que afirmó una masa de neutrino electrónico de 30 eV. Entonces, una pregunta crítica era si el crecimiento de la estructura en un universo dominado por neutrinos podría ser consistente con la estructura a gran escala que se ve en la distribución actual de galaxias.

[Se predice que los universos dominados por neutrinos tienen vacíos más extensos que los observados.]

Esta discrepancia condujo al abandono de los neutrinos conocidos como posibles candidatos a materia oscura, aunque pasarían otras dos décadas antes de que finalmente fueran excluidos por los límites superiores experimentales de sus masas.

Un límite superior experimental reciente es 1,1 eV de Un límite superior mejorado en la masa de neutrinos de un método cinemático directo de KATRIN , 2019.

Este artículo

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

confirma la cantidad de neutrinos en sus preguntas y dice que se llevan la energía del sol a una velocidad de$4\times 10^{24}$vatios.

1. Se puede hacer una estimación multiplicando el número en su pregunta por el número de segundos en la edad del universo (despreciando cualquier absorción), luego multiplique por el número de estrellas.

Se dice que las estrellas se forman 180 millones de años después del Big Bang. Suponiendo que sean aproximadamente como el Sol, habría como máximo$\frac{10^{53}}{10^{30}} = 10^{23}$de ellos (de la masa del universo dividida por la masa del Sol).

Una estimación del número de neutrinos formados es

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

acerca de$10^{79}$.

2. La masa de estos sería, como mucho, $$10^{23} \times 4\times 10^{24} \times 13.5 \times 10^{9}\times 365 \times 24\times 3600\times \frac{1}{(3\times 10^8)^2}$$

Acerca de$10^{48}$kg. Estas cifras son estimaciones muy aproximadas, pero muestran que la masa (masa oscura) de los neutrinos sería pequeña en comparación con la masa del universo, eso es aproximadamente$10^{53}$kg.