簡介：中微子不僅在超新星爆炸中起著重要作用，而且我們需要考慮它們的所有特征，才能真正了解恒星爆炸的原因。超新星爆炸會產(chǎn)生數(shù)量驚人的中微子，它們不會與正常物質(zhì)相互作用，對他們來說，地球本身是完全透明的。在簡單的物理學(xué)模型中，恒星并不會發(fā)生超新星爆炸。而在引入中微子后，科學(xué)家建了一個非常復(fù)雜的恒星爆炸核心計(jì)算機(jī)模型，它將有可能解釋超新星爆炸。

我一直好奇宇宙是否也有黑色幽默，不然，我又怎能想到，“輕飄飄”的宇宙塵埃竟能引發(fā)震天動地的大爆炸呢？

最新研究表明：中微子不僅在超新星爆炸中起著重要作用，而且我們需要考慮它們的所有特征，才能真正了解恒星爆炸的原因。

恒星在其核心通過核聚變將輕元素轉(zhuǎn)化為重元素，并產(chǎn)生能量。一個恒星抵抗萬有引力避免自身坍縮的原因就在于此：恒星自身產(chǎn)生的熱使其膨脹，并與自身的萬有引力相抗衡。

同時，大質(zhì)量恒星可以將這種能量產(chǎn)生過程推向極致：類似太陽的大多數(shù)低質(zhì)量恒星會在氦融合為碳和氧后停止產(chǎn)能，而大質(zhì)量恒星會接著繼續(xù)融合，直至徹底將元素轉(zhuǎn)化為鐵。

然而，當(dāng)一個大質(zhì)量恒星的核心變成鐵時，一系列問題將隨之而來——恒星中心區(qū)一旦不能再產(chǎn)生熱能，引力必然會占主導(dǎo)地位！于是，核心坍縮了，進(jìn)而產(chǎn)生一次巨大的能量爆炸。這種爆炸能量很強(qiáng)，以至于能“吹散”恒星外層的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而產(chǎn)生一次超級爆炸，這種天體，我們稱之為超新星。

（圖解：哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測到的蟹狀星云，超新星遺跡。來源： 美國國家航空航天局，歐洲航天局，J.海絲特和A.阿羅爾 (亞利桑那州立大學(xué))）

爆炸中最重要的一環(huán)便是四處游蕩的中微子。令人費(fèi)解的是，單獨(dú)觀測這些亞原子微粒時，就感覺它們在宇宙誕生時就如鬼魅一樣虛無縹緲?biāo)奶幱问帯?/p>

中微子的結(jié)構(gòu)注定它們不與大多數(shù)物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，以至于它們能隨意通過物質(zhì)。對于中微子來說，地球就完全是透明的存在，它們能輕松地穿過地球，就好像地球根本不存在一樣。

但當(dāng)大質(zhì)量恒星的鐵核爆炸時，大部分的中微子和它釋放的能量將被恒星核心外的物質(zhì)吸收掉。同時，當(dāng)下降的物質(zhì)非常密集時，它們同樣也會捕獲許多中微子。

中微子的靈魂蒸發(fā)波賦予物質(zhì)的能量不僅足以阻止恒星爆炸，還能逆轉(zhuǎn)爆炸的發(fā)生，同時隨之向外爆發(fā)出十的二十七次方噸的、速度接近光速的恒星物質(zhì)！

超新星爆發(fā)時，僅可見光的能量就與整個太陽系的輸出能量不相上下。然而，可見光的能量只可憐地占了這場爆發(fā)總能量的百分之一，其中，爆炸能量的大部分會以高能中微子的形式向四周釋放。

在這一點(diǎn)被理解之前，理論天文學(xué)家很難想象恒星核心的坍縮會導(dǎo)致爆炸的原因。當(dāng)時幾個簡單的物理模型顯示：恒星的爆炸會停止，超新星的則不會。隨著時間的推移，我們的計(jì)算機(jī)越來越復(fù)雜，輸入的模型方程也越來越復(fù)雜，這可能更有利于現(xiàn)實(shí)真相的建立！當(dāng)中微子加入時，我們就發(fā)現(xiàn)，它，其實(shí)才是這個模型中的關(guān)鍵因素！

這些模型現(xiàn)在相當(dāng)精確，但仍有進(jìn)步空間。我們知道，中微子有三種存在形式，稱為“味”，有電子型中微子，τ型中微子和μ 型中微子。我們同樣了解到，中微子在特定情況下“味”會發(fā)生改變，這意味著它們可能在振蕩過程中變成其他不同類型的中微子。而這，又對超新星有什么影響呢？

一個致力于此項(xiàng)研究的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)用計(jì)算機(jī)建立了一個非常復(fù)雜的恒星核心爆炸模型。模型中加入了中微子，并且允許中微子在不同“味”之間來回切換，也允許它們互相影響。當(dāng)恒星核心爆炸時，中微子的類型轉(zhuǎn)換速度也加快了，這種現(xiàn)象被稱為中微子振蕩。

他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)允許中微子三種“味”的存在，以及允許它們互相轉(zhuǎn)換、相互影響時，它們的確或多或少地影響坍縮的恒星核心的狀態(tài)。例如，中微子可能不是各向同性發(fā)射的(向各個方向發(fā)射），而是具有一定的散射角，也就是說，它們可能會“選擇”角度向四周發(fā)散！

然而，他們的研究可能與原有的理論和假設(shè)大相徑庭。我們了解到，一些超新星爆炸并不是對稱的，而是發(fā)生在核心中心外，或是在不止一個地方發(fā)生爆炸。當(dāng)中微子所蘊(yùn)含的能量爆發(fā)時，其程度難以想象，以至于即使是輕微的不對稱都會給爆炸天體的核心帶來巨大的沖擊，使坍塌的核心（將變成中子星或是黑洞）像火箭一樣“被發(fā)射出去”。

這些科學(xué)家使用的模型是得知這種影響及其程度大小的關(guān)鍵第一步。正如他們所展示的模型運(yùn)行結(jié)果，所有的中微子特征都很重要，但仍存在部分未知細(xì)節(jié)有待商榷。

（圖解：超新星爆炸的殘留物。結(jié)合了哈勃的可見光圖像和錢德拉的x射線觀測。不同的顏色代表不同波長的光，這些不同波長的光往往來自不同的元素，如氧、鈣和鐵。來源: x射線: NASA/CXC/RIKEN/T.Sato; 光學(xué): NASA/STScI）

不過，這還是令人興奮！就在我研究生參加恒星內(nèi)部物理學(xué)課程時，當(dāng)時最先進(jìn)的模型仍然難以闡明恒星的爆炸過程?，F(xiàn)在，我們不僅有了更加先進(jìn)的模型，而且已經(jīng)開始向未知的領(lǐng)域進(jìn)發(fā)。不僅如此，我們甚至還可以轉(zhuǎn)換思維方式，用肉眼觀察天空中真正的超新星，用靈魂向它們發(fā)問，看看它們是否能在爆炸時告訴我們中微子的“那些事兒”！

有趣的是，超新星爆炸產(chǎn)生了很多你日常之所見：你骨頭中的鈣元素、你血液中的鐵元素，以及構(gòu)成生命、空氣以及巖石的各類元素。中微子在這場爆炸中擔(dān)任的角色至關(guān)重要，它們在短短一瞬間產(chǎn)生了如此多的東西，并且遠(yuǎn)超我們生存所依賴的數(shù)量。然而，中微子一旦被制造出來，它們就對大部分物質(zhì)視而不見，形如鬼魂，當(dāng)它們從一個地方穿到另一個地方時，對其所存在的生物也無任何影響。

而對中微子來說，那些在一瞬間之后被創(chuàng)造的物質(zhì)都太“老”了。

我將宇宙擬人化，認(rèn)為它有幽默感。因此有時我會想，宇宙將會向我提供能證實(shí)我言論的訊息！

BY: Phil Plait

FY: 欠打教圣徒

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