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新研究利用中微子探测超新星演化细节

2020-7-29 环球解密

近期一份发表在预印网arxiv.org的研究推测,从超新星爆发事件的前夕到爆炸的整个过程,每个阶段产生不同类型的中微子。

科学家认为,恒星即将爆炸发生超新星事件的前夕,将放射大量的中微子,在恒星内部发生的爆炸推到表面之前,中微子将先穿透恒星来到恒星的表面,因此,理论上在超新星爆发前夕,在地球上应该可以先侦测到中微子爆发。

近年来很多天文学家都认同这样的理论,也就是说认为中微子在超新星事件过程中扮演着非常关键的角色,因此认为中微子观测可以作为了解超新星事件细节的有效途径。

但是探测中微子并不容易。

现在的宇宙中物质多于反物质

位于南极的冰立方中微子观测站(IceCube)就是其中一个观测设施,在漆黑的南极冰层以下2,450米深的地下,埋着多个探测器,足可见中微子多么难以捉摸。

科学家从1987年超新星SN1987A爆发的观测数据,得到一些信心。

在观测到SN1987A爆发亮光之前的两三小时,三个中微子观测台都探测到中微子辐射。尽管科学家认为超新星爆发将辐射大量的中微子,但是三个观测台一共只探测到25个中微子。这体现了当代科学技术探测中微子的难度。

那次的探测,促生了“中微子天文学”,并推测一个理论,称超新星爆发事件中99%的能量来自中微子辐射。

现在的中微子探测器比1987年有了些进步。科学家都在热切地等待遇到下一次超新星爆发事件,希望捕捉到从爆发前夕一直到爆发的整个过程。科学家估计,如果今天再遇到SN1987A事件那样规模的超新星爆发,现在的仪器可以探测到的中微子数量将达到五万个。

而且,科学家认为不仅是在爆发前几小时,应该在爆发之前几天就能侦测到中微子。

这份新研究中,科学家模拟一颗质量为太阳15倍的恒星发生超新星爆发的情形。从模型中发现,从超新星事件不同阶段发出的中微子,其亮度并不相同。

超新星爆发事件过程中,中微子辐射的密度是很多因素共同作用的结果。他们的模型演化的情况是,恒星内核开始坍塌的时候,将先产生电子中微子,随后高温的中子内核再产生其它类型的中微子。天文物理学家认为,绝大部分的中子将离开恒星,但有1%的中子将能量作用于恒星的外层。这些能量导致最后恒星被摧毁的灾难性后果。

研究者称,这些模型有助于他们在遇到下一个超新星爆发事件的时候,更有针对性地进行观测。

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