品各“味”中微子 爆炸恒星中，中微子“味”的变化
品尝恒星爆炸中微子的“味道”，中微子“味道”的变化真正理解恒星爆炸的原因。超新星爆炸产生数量惊人的中微子，它们不与正常物质相互作用，对它们来说地球本身是完全透明的。在简单的物理模型中，恒星不会变成超新星。引入中微子后，科学家们建立了一个非常复杂的恒星爆炸核心计算机模型，这可能会解释超新星爆炸。
一直想知道宇宙是不是也有黑色幽默，不然怎么会想到“轻”的宇宙尘埃竟然能引发惊天动地的大爆炸？
新的研究表明，中微子不仅在超新星爆炸中发挥重要作用，而且我们需要考虑它们的所有特性才能真正理解恒星爆炸的原因。
恒星通过核心的核聚变将轻元素转化为重元素并产生能量。这就是恒星抵抗引力以防止自身坍缩的原因：恒星自身产生的热量使其膨胀并抵消自身的引力。
与此同时，大质量恒星可以将这种能量产生过程推向极致：大多数像我们的太阳这样的低质量恒星在将氦聚变成碳和氧后停止产生能量，而大质量恒星则继续聚变，直到它们完全转化元素熨烫。
然而，当大质量恒星的核心变成铁时，一系列的问题就会接踵而至——一旦恒星的中心区域无法再产生热能，引力势必占据主导地位！于是，地核坍塌，产生了巨大的能量爆炸。这种爆炸能量强大到可以“炸毁”恒星外层结构，进而产生超级爆炸。这种天体被称为超新星。
（插图：蟹状星云，哈勃太空望远镜观测到的超新星遗迹。来源：美国宇航局、欧洲航天局、J.Hester和A.Arroll（亚利桑那州立大学））
最重要的部分爆炸是游荡的中微子。令人不解的是，单独观察时，这些亚原子粒子似乎在宇宙诞生时鬼魅般四处游荡。
中微子的结构如此，它们不与大多数物质发生反应，因此它们可以随意穿过物质。对于中微子来说，地球是完全透明的，它们可以轻而易举地穿过地球，就好像地球根本不存在一样。
但是当大质量恒星的铁核发生爆炸时，大部分的中微子及其释放的能量都会被恒星核心外的物质所吸收。同时，当坠落的物质非常致密时，它们也会俘获许多中微子。
中微子的灵魂蒸发波赋予物质的能量，不仅足以阻止恒星的爆炸，还能逆转爆炸的发生，同时，十颗二十七吨的恒星速度接近光速的物质会向外爆炸！
超新星爆炸时，光是可见光的能量就足以媲美整个太阳系的输出能量。然而，可见光的能量仅占爆炸总能量的百分之一，爆炸的大部分能量将以高能中微子的形式释放到周围。
在理解这一点之前，理论天文学家很难想象恒星核心的坍塌会如何导致爆炸。当时几个简单的物理模型表明，恒星的爆炸会停止，但超新星的爆炸不会。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，这或许更有利于真实真相的建立！当加入中微子后，我们发现它其实是这个模型的关键因素！
这些模型现在非常准确，但仍有改进的空间。我们知道，中微子有三种形态，我们称之为“味”，包括电子中微子、τ型中微子和μ型中微子。我们还了解到，中微子在某些情况下会改变它们的“味道”，这意味着它们在振荡过程中会变成不同类型的中微子。这对超新星有何影响？
从事这项研究的一组科学家使用计算机创建了一个非常复杂的恒星核心爆炸模型。中微子被添加到模型中，中微子被允许在不同的“味道”之间来回切换，并允许它们相互作用。当恒星核心爆炸时，中微子也会更快地转换类型，这种现象被称为中微子振荡。
他们发现，当中微子的这三种“味道”允许存在时，当允许它们相互切换相互作用时，它们确实或多或少地影响了坍缩星核的状态。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，即它们可能“选择”角度向各个方向散射！
然而，他们的研究可能与最初的理论和假设有很大的不同。我们了解到，有些超新星爆炸不是对称的，而是发生在核心中心之外，或者在多个地方爆炸。当中微子所蕴含的能量爆炸时，其威力是难以想象的，哪怕是轻微的不对称都会给爆炸物体的核心带来巨大的冲击，使坍缩的核心（会变成中子星或黑洞）像火箭一样。与“解雇”相同。
这些科学家使用的模型是理解这种效应及其强度的关键的第一步。所有中微子特征都很重要，因为它们显示了模型的运行情况，但仍有一些未知细节需要讨论。
（插图：超新星爆炸的残余物。结合哈勃望远镜的可见光图像和钱德拉的X射线观测。不同的颜色代表不同波长的光，这些光通常来自不同的元素，如氧、钙和铁。来源：X射线：NASA/CXC/RIKEN/T.Sato；光学：NASA/STScI)
尽管如此，还是令人兴奋！当我正在上一门关于恒星内部结构的研究生物理课程时，当时最先进的模型仍在努力阐明恒星是如何爆炸的。现在，我们不仅拥有更先进的模型，而且我们已经开始进入未知领域。不仅如此，我们甚至还可以换个思路，用肉眼在天空中观察真正的超新星，用灵魂去问问他们，看看他们能不能告诉我们中微子爆炸时的“那些事”！
有趣的是，超新星爆炸产生了许多你每天都能看到的东西：骨骼中的钙、血液中的铁，以及构成生命、空气和岩石的各种元素。中微子在这次爆炸中扮演的角色至关重要，因为它们在短短几分之一秒内产生了如此之多，远远超过了我们赖以生存的数量。然而，一旦中微子被创造出来，它们就会对大多数物质视而不见，看起来像幽灵一样，并且当它们从一个地方传递到另一个地方时，对它们赖以生存的生物没有任何影响。
而对于中微子来说，瞬间产生的物质就太“老”了。
我把宇宙拟人化了，觉得它有幽默感。所以有时候我觉得宇宙会给我提供信息来证实我的说法！
BY：PhilPlait
FY：感谢大教圣徒
相关内容如有侵权，作品发表后请联系作者删除出处