等待超新星

　　本文作者雷伊·贾亚瓦哈纳是加拿大观测天体物理学会研究主席、多伦多大学教授，主要研究行星系起源以及恒星与褐矮星的形成。本文改编自他的另一部作品《中微子猎人：追寻幽灵粒子解密宇宙》（Neutrino Hunters : TheThrilling Chase for a Ghostly Particle to Unlock the Secrets of theUniverse）。

　　翻译：谢懿

　　天体物理学家正在加速搜寻来自银河系中超新星的中微子，希望这些亚原子粒子可以为恒星死亡的物理过程提供前所未有的信息。

　　1987年，几名天文学家在智利拉斯坎帕纳斯山顶观测到一颗“超新星”，也就是恒星亮度在短暂时间内从非常暗淡（无法被底片记录下来）变为非常明亮 （用肉眼就能看到）的爆炸事件。这是在人类发明望远镜将近400年以来在银河系附近观测到的第一颗超新星，它被命名为“1987A”。对超新星的其他观测 也为粒子物理学家研究幽灵亚原子粒子（即中微子）的特性提供了重要的线索，它将会解答在科学家心头萦绕已久的、有关恒星死亡和中微子特性的问题。

　　光子先驱

　　根据恒星演化理论模型，在一个大质量恒星的生命结束之时，其核心的坍缩应该会导致大量中微子爆发，并几乎不受干扰地逃离恒星内部深处的爆炸现场，使 我们观察到绚丽的“烟花”。也就是说，超新星1987A的这一信号在被天文学家用传统望远镜发现的数小时前就已经到达了地球。不出所料，位于日本、美国、 俄罗斯的地下探测器总共检测到24个中微子。这是人类第一次观测到来自太阳以外的天体所发出的中微子。

　　这一探测可以验证关于大质量恒星如何发生爆炸的一些重要推测。天体物理学家很高兴地发现他们测得的中微子的数量和能量与他们的理论计算结果相符，并 由此得出结论：超新星并不是通过某些神秘机制来释放能量。中微子相隔几秒钟而非同时到达地球的现象也证实它们需要花时间从极其致密的坍缩核心寻找向外的出 路，这也与之前的预言相符。

　　测量结果还为研究中微子自身特性提供了线索。由于中微子到达地球的时间比天文学家拍摄到超新星早了近3个小时，科学家认为它们必定是以极其接近光速 的速度运动的。事实上，根据超新星1987A中微子的到达时间，科学家也证明了中微子不大可能是弥漫在宇宙中的神秘“暗物质”。这一观测结果也强有力地反 驳了一度被媒体热炒的“中微子超光速事件”。

　　整装待发

　　超新星1987A引发了那些想了解垂死恒星内部运作机制的天体物理学家的探索欲望。粒子物理学家对来自超新星的中微子也非常感兴趣，它们为研究这些难以捉摸的粒子在极端条件下的行为提供了一个难得的机会，而这些极端条件是无法在实验室中复制的。

　　天文学家根据对其他星系的观测结果估计，在银河系中每个世纪至少会有几颗大质量恒星发生爆炸。即使星际物质能够阻碍发生在银河系遥远地域中的超新星 光线，也无法阻挡中微子的通行。因此探测到中微子爆发即可表明，有一颗大质量恒星在银河系中的某个地方发生了死亡。科学家们也为此做好了准备。他们建立了 超新星早期预警系统，这是一个能够快速警示银河系内核心坍缩型超新星的协调网络。在该计划中，世界各地的灵敏中微子探测器都会向位于美国长岛布鲁克海文国 家实验室的中央计算机报告可能的爆发。如果两个探测器信号之间的时间差在10秒以内，该系统就会向全世界的天文台发出警报。

　　通过对来自银河系超新星的中微子的观测，科学家们将了解超新星爆炸的进行状态，还可以根据中微子流的强度变化确定恒星的核心最终坍缩成了黑洞还是中子星。

　　等待游戏

　　虽然前景令人兴奋，但科学家也必须等待银河系附近出现一颗核心坍缩型超新星。尽管目前所有的证据都表明年老的巨星如参宿四（Betelgeuse）和船底座η星（Eta Carinae）将会在不久的将来发生超新星爆发，但科学家尚不知道那一刻究竟会何时到来。

　　未来几十年里，在银河系中的某个地方，大质量恒星发生爆发的概率依然很大。即使它距离地球太远无法让我们透过银河系的尘埃看到这颗超新星发出的电磁辐射，它也会把世界各地的中微子探测器照得透亮。