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行星特征新发现 幽灵般"中微子晕"左右新星性质

http://www.kexue.com 2012-08-30 10:29:52 搜狐科学  发表评论

当一颗大质量恒星燃尽其燃料之后,核心就会在自身的重力作用下发生坍缩,随后会发生剧烈爆炸。
当一颗大质量恒星燃尽其燃料之后,核心就会在自身的重力作用下发生坍缩,随后会发生剧烈爆炸
“中微子晕”能够直接对超新星的性质产生影响,能够左右从爆炸中产生的元素的种类。
“中微子晕”能够直接对超新星的性质产生影响,能够左右从爆炸中产生的元素的种类

  当著名的天文学家卡尔•萨根(Carl Sagan)说“我们都是由星尘组成”的时候,他不是在开玩笑。因为如果不是在炽热的恒星核心深处和发生剧烈的超新星爆炸,那么比锂元素更重的元素是无法合成的。

  所谓的超新星爆发是,当一颗大质量恒星燃尽其燃料之后,核心就会在自身的重力作用下发生坍缩,随后发生的剧烈爆炸。在爆炸的过程中,超新星会合成构成行星所需要的重元素,最终这些元素还会合成我们体内的有机化合物。

  在爆炸中究竟合成了哪些元素?中微子是如何影响大质量恒星坍缩的?来自加州大学圣地亚哥分校的研究生约翰•蔡瑞(John Cherry)认为他或已找到了答案。

  有一种“核心坍缩型”的超新星。当一颗大质量的恒星缺乏核燃料之后,核心处的核聚变变慢,这时恒星的重力开始起作用,核心发生急剧坍缩。在坍缩的过程中,一颗高密度的中子星迅速形成,当下落的外壳物质碰到坚硬的中子星表面的时候发生猛烈反弹。于此同时,中微子的洪流从核心处穿过恒星的外围物质向外狂飙。

  中微子像幽灵一般,能毫无阻碍的逃逸到宇宙空间。中微子与物质的相互作用非常微弱,它能够在穿越地球的时候不与任何物质发生碰撞。实际上,当我们坐在这里看这篇文章的时候,每秒有数十亿计的中微子穿过身体(这些中微子主要来源于太阳中心的核反应)。为了探测中微子,科学家在充满水的巨大洞穴周围布设有众多光电倍增管,这些光子探测器用来探测由中微子和水中的电子发生正碰的时候发出的光子。这样的碰撞发生的几率非常小,因此中微子探测器的体积越大越好。

  在“核心坍缩型”超新星的内部,当物质聚集在一起形成中子星的时候,密度变得非常之大。计算表明,这些高密度物质将会和外流的中微子发生相互作用,能使其中的一小部分中微子发生散射,这些被散射的中微子会形成“中微子晕”。随后,中微子晕又与外流的中微子发生作用。

  但在之前人们认为,既然中微子之间的相互作用如此微弱,那么在计算机模拟中通常被忽略掉。约翰•蔡瑞的计算表明,从核心发出的中微子与中微子晕的相互作用比之前理论认为的要强的多。

  实际上,这个中微子晕能够直接对超新星的性质产生影响,能够左右从爆炸中产生的元素的种类。所有这些都源于中微子的一个被称为“味”的性质。根据性质的不同,中微子可以分为三种不同的类型(三种味):e中微子、μ中微子和τ中微子。并且这三种不同的中微子可以相互转化。

  在传播的过程中,中微子可以在不同味之间自然发生振荡。但在超新星爆炸中,当从核心外流的中微子与晕中的中微子发生散射的时候,味之间的转化可以得到加强。加州大学圣地亚哥分校的教授乔治•富勒(George Fuller)说:“即便只有极少的中微子在特定的方向上发生散射,这仍然可以完全主导中微子味之间的转变过程。”蔡瑞补充说:“中微子的表现完全决定了超新星爆炸中发生的一切。”

  超新星爆炸产生新的元素,中微子的味对产生的元素种类有重要的影响。蔡瑞说:“中微子可以让质子变成中子,亦可以使中子变成质子。如果改变了超新星爆炸中中微子的味,那么会对元素产生的种类有重要的影响。”中微子虽是微小的,但作用是巨大的。(双螺旋)

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