Impact of neutrino oscillations on the r-process in different astrophysical scenarios

Abstract

In this work, we studied the production of heavy-mass elements, through the rapid neutron-capture mechanism (r-process), associated with different astrophysical scenarios. Since the r-process consists on captures of neutrons followed by /3-decays, if sterile neutrinos exist, a reformulation of the weak-decay rates due to the presence of massive neutrinos and sterile neutrinos, is needed. These rates are used to compute the abundances of the heavy elements produced in core-collapse supernova and neutron-star mergers and then ejected to the interstellar medium. We show how the abundances are affected if the active-sterile neutrino oscillations are considered in the formalism. We found that the best agreement between theoretical and experimental data is given when active-sterile neutrino mixing angle is sin2 (2^14) = 0.23 and when the neutron-star merger environment is dominant (about 70% of the production of the total heavy nuclei abundance).

En este trabajo, estudiamos la producción de elementos pesados a través del mecanismo de captura rápida de neutrones (proceso-r), asociado a diferentes escenarios astrofísicos. Como el proceso-r consiste en la captura de neutrones seguida de decaimientos β, si los neutrinos estériles existen, es necesaria una reformulación de las tasas de desintegración débil debido a la presencia de neutrinos masivos y estériles. Estas tasas se utilizan en las cadenas de reacciones para el cálculo de abundancias de elementos pesados (por ejemplo en supernovas por colapso de núcleo y fusiones de estrellas de neutrones) que luego son expulsados al medio interestelar. Mostramos cómo se ven afectadas las abundancias si las oscilaciones de neutrinos activo-estériles son consideradas en el formalismo. Encontramos que nuestros resultados teóricos reproducen mejor las observaciones cuando consideramos un ángulo de mezcla de neutrinos activo-estéril de sin2 (2^44) = 0.23 y como fuente dominante a la fusión de estrellas de neutrones (responsable del 70% de la abundancia total de núcleos pesados).