“中微子暈”能夠直接對超新星的性質產生影響


“中微子暈”能夠直接對超新星的性質產生影響

當一顆大質量恒星燃盡其燃料之后,核心就會在自身的重力作用下發生坍縮,隨后會發生劇烈爆炸 。
“中微子暈”能夠直接對超新星的性質產生影響

“中微子暈”能夠直接對超新星的性質產生影響,能夠左右從爆炸中產生的元素的種類 。
當著名的天文學家卡爾•薩根(Carl Sagan)說“我們都是由星塵組成”的時候,他不是在開玩笑 。因為如果不是在熾熱的恒星核心深處和發生劇烈的超新星爆炸 , 那么比鋰元素更重的元素是無法合成的 。
所謂的超新星爆發是 , 當一顆大質量恒星燃盡其燃料之后,核心就會在自身的重力作用下發生坍縮,隨后發生的劇烈爆炸 。在爆炸的過程中,超新星會合成構成行星所需要的重元素,最終這些元素還會合成我們體內的有機化合物 。
在爆炸中究竟合成了哪些元素?中微子是如何影響大質量恒星坍縮的?來自加州大學圣地亞哥分校的研究生約翰•蔡瑞(John Cherry)認為他或已找到了答案 。
有一種“核心坍縮型”的超新星 。當一顆大質量的恒星缺乏核燃料之后,核心處的核聚變變慢,這時恒星的重力開始起作用,核心發生急劇坍縮 。在坍縮的過程中,一顆高密度的中子星迅速形成 , 當下落的外殼物質碰到堅硬的中子星表面的時候發生猛烈反彈 。于此同時,中微子的洪流從核心處穿過恒星的外圍物質向外狂飆 。
中微子像幽靈一般,能毫無阻礙的逃逸到宇宙空間 。中微子與物質的相互作用非常微弱,它能夠在穿越地球的時候不與任何物質發生碰撞 。實際上,當我們坐在這里看這篇文章的時候,每秒有數十億計的中微子穿過身體(這些中微子主要來源于太陽中心的核反應) 。為了探測中微子,科學家在充滿水的巨大洞穴周圍布設有眾多光電倍增管,這些光子探測器用來探測由中微子和水中的電子發生正碰的時候發出的光子 。這樣的碰撞發生的幾率非常小 , 因此中微子探測器的體積越大越好 。
在“核心坍縮型”超新星的內部,當物質聚集在一起形成中子星的時候 , 密度變得非常之大 。計算表明,這些高密度物質將會和外流的中微子發生相互作用,能使其中的一小部分中微子發生散射,這些被散射的中微子會形成“中微子暈” 。隨后 , 中微子暈又與外流的中微子發生作用 。
但在之前人們認為,既然中微子之間的相互作用如此微弱,那么在計算機模擬中通常被忽略掉 。約翰•蔡瑞的計算表明,從核心發出的中微子與中微子暈的相互作用比之前理論認為的要強的多 。
實際上,這個中微子暈能夠直接對超新星的性質產生影響,能夠左右從爆炸中產生的元素的種類 。所有這些都源于中微子的一個被稱為“味”的性質 。根據性質的不同 , 中微子可以分為三種不同的類型(三種味):e中微子、μ中微子和τ中微子 。并且這三種不同的中微子可以相互轉化 。
在傳播的過程中,中微子可以在不同味之間自然發生振蕩 。但在超新星爆炸中,當從核心外流的中微子與暈中的中微子發生散射的時候,味之間的轉化可以得到加強 。加州大學圣地亞哥分校的教授喬治•富勒(George Fuller)說:“即便只有極少的中微子在特定的方向上發生散射,這仍然可以完全主導中微子味之間的轉變過程 ?!辈倘鹧a充說:“中微子的表現完全決定了超新星爆炸中發生的一切 ?!?br /> 超新星爆炸產生新的元素,中微子的味對產生的元素種類有重要的影響 。蔡瑞說:“中微子可以讓質子變成中子,亦可以使中子變成質子 。如果改變了超新星爆炸中中微子的味,那么會對元素產生的種類有重要的影響 ?!敝形⒆与m是微小的,但作用是巨大的 。
【“中微子暈”能夠直接對超新星的性質產生影響】
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