品各“味”中微子：爆炸恒星中，中微子“味”的变化简介：中微子不仅在超新星爆

简介：中微子不仅在超新星爆炸中起着重要作用，而且我们需要考虑它们的所有特征，才能真正了解恒星爆炸的原因。超新星爆炸会产生数量惊人的中微子，它们不会与正常物质相互作用，对他们来说，地球本身是完全透明的。在简单的物理学模型中，恒星并不会发生超新星爆炸。而在引入中微子后，科学家建了一个非常复杂的恒星爆炸核心计算机模型，它将有可能解释超新星爆炸。
我一直好奇宇宙是否也有黑色幽默，不然，我又怎能想到， “轻飘飘”的宇宙尘埃竟能引发震天动地的大爆炸呢？
最新研究表明：中微子不仅在超新星爆炸中起着重要作用，而且我们需要考虑它们的所有特征，才能真正了解恒星爆炸的原因。
恒星在其核心通过核聚变将轻元素转化为重元素，并产生能量。一个恒星抵抗万有引力避免自身坍缩的原因就在于此：恒星自身产生的热使其膨胀，并与自身的万有引力相抗衡。

文章图片
同时，大质量恒星可以将这种能量产生过程推向极致：类似太阳的大多数低质量恒星会在氦融合为碳和氧后停止产能，而大质量恒星会接着继续融合，直至彻底将元素转化为铁。
然而，当一个大质量恒星的核心变成铁时，一系列问题将随之而来——恒星中心区一旦不能再产生热能，引力必然会占主导地位！于是，核心坍缩了，进而产生一次巨大的能量爆炸。这种爆炸能量很强，以至于能“吹散”恒星外层的结构，进而产生一次超级爆炸，这种天体，我们称之为超新星。

文章图片
（图解：哈勃太空望远镜观测到的蟹状星云，超新星遗迹。来源：美国国家航空航天局，欧洲航天局， J.海丝特和A.阿罗尔(亚利桑那州立大学)）
爆炸中最重要的一环便是四处游荡的中微子。令人费解的是，单独观测这些亚原子微粒时，就感觉它们在宇宙诞生时就如鬼魅一样虚无缥缈四处游荡。
【品各“味”中微子：爆炸恒星中，中微子“味”的变化】中微子的结构注定它们不与大多数物质发生反应，以至于它们能随意通过物质。对于中微子来说，地球就完全是透明的存在，它们能轻松地穿过地球，就好像地球根本不存在一样。

文章图片
但当大质量恒星的铁核爆炸时，大部分的中微子和它释放的能量将被恒星核心外的物质吸收掉。同时，当下降的物质非常密集时，它们同样也会捕获许多中微子。
中微子的灵魂蒸发波赋予物质的能量不仅足以阻止恒星爆炸，还能逆转爆炸的发生，同时随之向外爆发出十的二十七次方吨的、速度接近光速的恒星物质！
超新星爆发时，仅可见光的能量就与整个太阳系的输出能量不相上下。然而，可见光的能量只可怜地占了这场爆发总能量的百分之一，其中，爆炸能量的大部分会以高能中微子的形式向四周释放。

文章图片
在这一点被理解之前，理论天文学家很难想象恒星核心的坍缩会导致爆炸的原因。当时几个简单的物理模型显示：恒星的爆炸会停止，超新星的则不会。随着时间的推移，我们的计算机越来越复杂，输入的模型方程也越来越复杂，这可能更有利于现实真相的建立！当中微子加入时，我们就发现，它，其实才是这个模型中的关键因素！
这些模型现在相当精确，但仍有进步空间。我们知道，中微子有三种存在形式，称为“味” ，有电子型中微子， τ型中微子和μ型中微子。我们同样了解到，中微子在特定情况下“味”会发生改变，这意味着它们可能在振荡过程中变成其他不同类型的中微子。而这，又对超新星有什么影响呢？
一个致力于此项研究的科学家团队用计算机建立了一个非常复杂的恒星核心爆炸模型。模型中加入了中微子，并且允许中微子在不同“味”之间来回切换，也允许它们互相影响。当恒星核心爆炸时，中微子的类型转换速度也加快了，这种现象被称为中微子振荡。

文章图片
他们发现，当允许中微子三种“味”的存在，以及允许它们互相转换、相互影响时，它们的确或多或少地影响坍缩的恒星核心的状态。例如，中微子可能不是各向同性发射的(向各个方向发射），而是具有一定的散射角，也就是说，它们可能会“选择”角度向四周发散！