
研究顯示,超新星爆發過程中經由散射形成的“中微子暈”能夠直接對超新星的元素產物造成影響
當美國著名天文學家卡爾·薩根說出:“我們是由星塵組成”這樣一句話時,他并沒有在開玩笑:如果沒有恒星內部的極端環境以及劇烈的超新星爆發事件,宇宙中便不可能形成比鋰更重的元素 。
對于超新星爆發來說,當一顆大質量恒星耗盡其核心燃料,在強大的引力作用下便會發生塌縮并形成猛烈爆炸 。在這一爆發過程中會合成更重的元素,這些元素最后會成為構成行星,下一代恒星,以及最終組成我們身體的所有有機物質 。但是哪些元素會在這樣的爆炸中形成?而在大質量恒星的塌縮和爆發過程中中微子又起到了什么樣的作用?對于這一問題 , 美國加州大學圣迭戈分校的研究生約翰·切里(John Cherry)認為自己或許已經找到了答案,有關研究的論文已經發表在了《物理評論快報》上 。
超新星爆發的一種典型類型是核區塌縮——當一顆大質量恒星耗盡內部燃料 , 并因此再也無法抵擋自身強大引力時便會發生 。當恒星的核區燃料逐漸耗盡時,其核區的核聚變速率逐漸下降,引力開始占據上風 , 隨后核區迅速塌縮崩潰 。
在這一過程中可以快速形成一顆密度驚人的中子星,它堅硬無比,所有高速向核心下落的塌縮物質突然間猛烈地撞擊到出現的中子星表面 , 造成劇烈反彈 , 終于形成猛烈的爆發 。此時中微子大量向外逃逸,穿過不斷收縮的恒星體 。
中微子是一種神秘的粒子,它可以毫無阻擋地穿過空間 。它們和其它物質之間的相互作用非常微弱,因此事實上中微子可以毫無阻礙地穿過整個地球而完全不受影響 。事實上,當你正盯著屏幕閱讀這篇文章時 , 每秒鐘正有來自太陽和其它來源的數以十億計的中微子正穿過你的身體 。當然科學家們也找到了一些效率不太高的辦法,來對中微子進行探測 。比如他們建造巨大的水池,在其中灌滿純凈水,當中微子通過這一大型水池時偶爾可能會和水分子發生碰撞并產生閃光,科學家們通過布置在水池周圍的高性能探測器來捕捉這些閃光,從而探知中微子的存在 。但是由于這種撞擊閃光發生的概率非常低,因此為了從概率上確保探測器能夠獲得足夠的數據,這樣的水池探測器的規模必須做的盡可能的大 。
在發生核區塌縮的超新星案例中 , 這里的物質被壓縮成中子態 。根據計算結果,如此密度下的物質將會和大量向外涌出的中微子發生相互作用,并造成其中一部分中微子發生散射 。
然而這些被散射的中微子被科學家們認為只是極小的一部分,因此在一般的模擬過程中這一部分的中微子都是被忽略的 。而此次切里的計算則對這種做法提出了質疑,根據他的模型,這里需要用到高達14%的修正因子 。而在爆發中的超新星最外層,這一修正因子更是這一數字的10倍 。如此數量的散射中微子會形成一種暈狀結構,并和內部涌出的中微子發生相互作用,這樣的作用發生的頻率要遠高于之前理論的預測 。
然而即便如此,仍然很難讓人將這兩者聯系起來:中微子是一種和其它物質的相互作用非常微弱的輕質粒子,而超新星則是極端強大的,足以塑造星系的力量,這兩者之間究竟通過何種方式實現相互之間的影響呢?
事實上,這種中微子暈結構可以直接對超新星的本質產生影響,具體的說就是,它可以改變在超新星爆發過程中產生元素的種類 。所有這些最終都歸結于中微子的“味” 。
關于中微子的一項奇特性質便是它們具有3種不同的“味”,分別被稱為電中微子、μ中微子和τ中微子 。這種“味”的差別對于一家冰激凌店來說可能毫不在意,但是對于中微子而言,它們不同的“味”起著非常關鍵的作用 。除此之外還有一點,那就是中微子可以改變它們的“味” 。
當中微子在空間傳輸時,它們會自然的在振蕩中改變自身的“味” 。然而在超新星爆發的情境下,隨著外泄的中微子與被散射的中微子暈發生相互作用,這種“味”的變化不再自然,而是受到了控制 。加州大學圣迭戈分校物理學教授,該項研究合著者喬治·富勒(George Fuller)指出:“即便僅有少量中微子發生散射 , 它們卻仍然足以絕對控制中微子‘味’的變化 ?!?br /> 切里表示:“中微子的變化完全決定了超新星爆發時將會發生的事 ?!碑敵滦窃诒l中產生新元素時,不同“味”的中微子對所產生物質發生作用,將極大地影響最終形成的元素產物 。他說:“這種中微子‘味’的改變可以讓原子核中的質子變成中子或者將中子變成質子 。如此一來,最終形成了何種物質 , 何種原子,超新星爆發時產生何種元素都將發生極大的變化 , 只要你改變中微子的‘味’就行 ?!?br /> 如此一來,原先由于看似微不足道而被科學家們忽略的一個中微子因素卻突然之間成了舉足輕重的要素 , 甚至會對超新星爆發過程中所產生元素的種類以及星系內部物質的性質產生顯著的影響 。中微子雖然看似微不足道,但它們的影響力驚人 。
【中微子性質或可決定超新星爆發元素產物】
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