品各“味”中微子 爆炸恆星中，中微子“味”的變化
品嚐恆星爆炸中微子的“味道”，中微子“味道”的變化真正理解恆星爆炸的原因。超新星爆炸產生數量驚人的中微子，它們不與正常物質相互作用，對它們來說地球本身是完全透明的。在簡單的物理模型中，恆星不會變成超新星。引入中微子後，科學家們建立了一個非常複雜的恆星爆炸核心計算機模型，這可能會解釋超新星爆炸。
一直想知道宇宙是不是也有黑色幽默，不然怎麼會想到“輕”的宇宙塵埃竟然能引發驚天動地的大爆炸？
新的研究表明，中微子不僅在超新星爆炸中發揮重要作用，而且我們需要考慮它們的所有特性才能真正理解恆星爆炸的原因。
恆星通過核心的核聚變將輕元素轉化爲重元素併產生能量。這就是恆星抵抗引力以防止自身坍縮的原因：恆星自身產生的熱量使其膨脹並抵消自身的引力。
與此同時，大質量恆星可以將這種能量產生過程推向極致：大多數像我們的太陽這樣的低質量恆星在將氦聚變成碳和氧後停止產生能量，而大質量恆星則繼續聚變，直到它們完全轉化元素熨燙。
然而，當大質量恆星的核心變成鐵時，一系列的問題就會接踵而至——一旦恆星的中心區域無法再產生熱能，引力勢必佔據主導地位！於是，地核坍塌，產生了巨大的能量爆炸。這種爆炸能量強大到可以“炸燬”恆星外層結構，進而產生超級爆炸。這種天體被稱爲超新星。
（插圖：蟹狀星雲，哈勃太空望遠鏡觀測到的超新星遺蹟。來源：美國宇航局、歐洲航天局、J.Hester和A.Arroll（亞利桑那州立大學））
最重要的部分爆炸是遊蕩的中微子。令人不解的是，單獨觀察時，這些亞原子粒子似乎在宇宙誕生時鬼魅般四處遊蕩。
中微子的結構如此，它們不與大多數物質發生反應，因此它們可以隨意穿過物質。對於中微子來說，地球是完全透明的，它們可以輕而易舉地穿過地球，就好像地球根本不存在一樣。
但是當大質量恆星的鐵核發生爆炸時，大部分的中微子及其釋放的能量都會被恆星核心外的物質所吸收。同時，當墜落的物質非常緻密時，它們也會俘獲許多中微子。
中微子的靈魂蒸發波賦予物質的能量，不僅足以阻止恆星的爆炸，還能逆轉爆炸的發生，同時，十顆二十七噸的恆星速度接近光速的物質會向外爆炸！
超新星爆炸時，光是可見光的能量就足以媲美整個太陽系的輸出能量。然而，可見光的能量僅佔爆炸總能量的百分之一，爆炸的大部分能量將以高能中微子的形式釋放到周圍。
在理解這一點之前，理論天文學家很難想象恆星核心的坍塌會如何導致爆炸。當時幾個簡單的物理模型表明，恆星的爆炸會停止，但超新星的爆炸不會。隨着時間的推移，我們的計算機越來越複雜，輸入的模型方程也越來越複雜，這或許更有利於真實真相的建立！當加入中微子後，我們發現它其實是這個模型的關鍵因素！
這些模型現在非常準確，但仍有改進的空間。我們知道，中微子有三種形態，我們稱之爲“味”，包括電子中微子、τ型中微子和μ型中微子。我們還了解到，中微子在某些情況下會改變它們的“味道”，這意味着它們在振盪過程中會變成不同類型的中微子。這對超新星有何影響？
從事這項研究的一組科學家使用計算機創建了一個非常複雜的恆星核心爆炸模型。中微子被添加到模型中，中微子被允許在不同的“味道”之間來回切換，並允許它們相互作用。當恆星核心爆炸時，中微子也會更快地轉換類型，這種現象被稱爲中微子振盪。
他們發現，當中微子的這三種“味道”允許存在時，當允許它們相互切換相互作用時，它們確實或多或少地影響了坍縮星核的狀態。例如，中微子可能不是各向同性發射的（向各個方向發射），而是具有一定的散射角，即它們可能“選擇”角度向各個方向散射！
然而，他們的研究可能與最初的理論和假設有很大的不同。我們瞭解到，有些超新星爆炸不是對稱的，而是發生在覈心中心之外，或者在多個地方爆炸。當中微子所蘊含的能量爆炸時，其威力是難以想象的，哪怕是輕微的不對稱都會給爆炸物體的核心帶來巨大的衝擊，使坍縮的核心（會變成中子星或黑洞）像火箭一樣。與“解僱”相同。
這些科學家使用的模型是理解這種效應及其強度的關鍵的第一步。所有中微子特徵都很重要，因爲它們顯示了模型的運行情況，但仍有一些未知細節需要討論。
（插圖：超新星爆炸的殘餘物。結合哈勃望遠鏡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，這些光通常來自不同的元素，如氧、鈣和鐵。來源：X射線：NASA/CXC/RIKEN/T.Sato；光學：NASA/STScI)
儘管如此，還是令人興奮！當我正在上一門關於恆星內部結構的研究生物理課程時，當時最先進的模型仍在努力闡明恆星是如何爆炸的。現在，我們不僅擁有更先進的模型，而且我們已經開始進入未知領域。不僅如此，我們甚至還可以換個思路，用肉眼在天空中觀察真正的超新星，用靈魂去問問他們，看看他們能不能告訴我們中微子爆炸時的“那些事”！
有趣的是，超新星爆炸產生了許多你每天都能看到的東西：骨骼中的鈣、血液中的鐵，以及構成生命、空氣和岩石的各種元素。中微子在這次爆炸中扮演的角色至關重要，因爲它們在短短几分之一秒內產生了如此之多，遠遠超過了我們賴以生存的數量。然而，一旦中微子被創造出來，它們就會對大多數物質視而不見，看起來像幽靈一樣，並且當它們從一個地方傳遞到另一個地方時，對它們賴以生存的生物沒有任何影響。
而對於中微子來說，瞬間產生的物質就太“老”了。
我把宇宙擬人化了，覺得它有幽默感。所以有時候我覺得宇宙會給我提供信息來證實我的說法！
BY：PhilPlait
FY：感謝大教聖徒
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