超新星爆发身后的神秘物质

中国北京时间 1 月 25 日信息，据海外新闻媒体，1987 年，一颗极大的恒星在大家的太阳系周边发生爆炸。自打大概四个新世纪以前，人们创造发明望眼镜至今，它是最光亮、也是间距地球上近期的一次超新星爆发，基本上全部的天文台认证都把眼光聚焦点于此次的超新星爆发。或许最令人激动的是，一些修建在地下最深处的独特探测仪还捕捉到从此次暴发中释放出的神密亚原子：中微子。

▲错乱物质紧紧围绕一颗坍缩恒星的管理中心转动。深蓝色一部分表明cf超新星的冲击波，冲击波在涡旋功效下得到附加扭力，而中间的密度高的关键将再次产生一颗中子星。

1966 年，生物学家第一次明确提出，这种神密颗粒可能是超新星爆发的身后驱动力。中微子的发觉，让很多年来一直尝试掌握超新星爆发內部基本原理的基础理论生物学家觉得高兴。殊不知，几十年来，星体科学家却不断遭受一个窘境，她们的中微子超新星爆发实体模型好像存有致命性缺点。

中微子是众所周知的傲气颗粒。在坍缩恒星的极端化标准下，中微子到底是如何把他们的能量转移给恒星的一般物质的，这种难题仍未获得解释。每每基础理论生物学家试着在电子计算机仿真模拟中对这种繁杂的颗粒健身运动和相互影响开展模型时，cf超新星的冲击波总难以避免地终止随后减仓。密歇根州立高校的测算星体科学家亡灵战神 · 库奇说，一次次地不成功 “使我们逐渐逐渐坚信，大家目前的流行超新星爆发基础理论很有可能难以实现”。

自然，超新星爆发的內部最深处究竟发生了些哪些，一直以来都不可告人。它如同一口容下各种各样极端化的大铁锅，又如同一碗弥漫着衍变物质的奔涌烫水；在这儿，大家平日里常常忽视的颗粒和相互作用力越来越尤为重要。令难题更加繁杂的是，暴发內部非常大水平上被笼罩着在热流云以后，无法看到。普林斯顿大学的星体科学家亞當 · 伯利文斯顿科学研究cf超新星现有 35 年之上。他说道，掌握超新星爆发的关键点 “一直是天体物理学中并未处理的关键难点”。

可是，最近几年，基础理论生物学家早已可以锁住造成 超新星爆发的出现异常繁杂的体制。伯利文斯顿在本月的《自然》杂志期刊上写到，超新星爆发仿真模拟早已变成常态化，并非除外。好几个市场竞争科学研究工作组的计算机代码如今也慢慢就超新星爆发冲击波的演变达成协议。此外，仿真模拟技术性到迄今为止早已获得了巨大进步，乃至能够将牛顿那极为繁杂的广义相对论产生的危害也列入在其中。到此，大家总算得到拨开云雾，试着掌握中微子在超新星爆发中常起的功效。

库奇说：“这是一个分界点。”她们发觉，沒有错乱，已经坍缩的恒星也许始终没法变为cf超新星。

杂乱之舞

在恒星一生的绝大多数時间里，恒星內部核反应所造成的辐射源产生的向外扭力与恒星的内向型吸引力维持着细微地均衡。等恒星的然料耗光时，内向型吸引力逐渐有优势。恒星的关键本身逐渐塌陷（以每钟头 15 万多公里的速率陡然坍缩），造成 溫度猛增至 1000 亿℃，并将关键结合成一个固体中子球。

恒星的表层会再次向内坍缩，可是当表层撞到这一不能缩小的中子核时，表层将被弹回去，造成冲击波。冲击波若要变成发生爆炸，务必得有充足的动能向外促进冲击波，协助其逃出恒星的吸引力。此外，恒星最表层仍在向内坍缩。因而，冲击波还务必打破这最表层的内向型漩涡。

一直以来，生物学家对促进冲击波的相互作用力的了解一直仅限最模糊不清的专业术语。以往几十年，大家的电子计算机还不够强劲，只有运作塌陷关键的简单化实体模型。恒星一直被视作极致的圆球，冲击波从管理中心向每一个方位以同样的方法外扩散出来。可是，在一维实体模型下，当冲击波向外挪动时，它最后会变缓速率，随后逐渐变弱。

直至最近几年，伴随着高性能计算机的发展趋势，基础理论生物学家才有着充足的数学计算，能够对大品质恒星及其完成超新星爆发所必不可少的繁杂标准开展模型。眼底下最好是的实体模型融合了众多关键点，例如中微子与物质在外部经济方面的相互影响、液体的混乱健身运动及其物理好几个不一样行业（从高能物理到恒星演变这些）的最新消息。此外，基础理论生物学家如今每一年能够运作好几个仿真模拟，她们能够随意地调节实体模型，并试着不一样的初始条件。

2015 年，库奇和他的合作方迈入了大转折。那时候，她们已经运作一个三维电子计算机实体模型。该模型仿真了一颗大品质恒星在坍缩最终十多分钟时的情况。尽管该仿真模拟仅勾勒了恒星性命的 160 秒景象，但它表明了一种以前未被高度重视的物质在这个全过程中充分发挥的功效。这类物质让停滞不前的冲击波变成了真实的发生爆炸。

掩藏在猛兽肚子里的颗粒乱七八糟地健身运动着，一片杂乱。库奇说：“如同火炉里煮沸的水。恒星內部也是有那样的强烈滚翻，每秒钟速率达到数千公里。”

这类错乱造就了冲击波身后的附加工作压力，促进冲击波进一步避开恒星关键。间距恒星关键越长，内向型吸引力便越弱，阻拦冲击波的向内坍缩物质也越低。冲击波身后的错乱物质也是有大量時间消化吸收中微子。中微子造成的动能又可以加温错乱物质，再次把冲击波变成发生爆炸。

很多年至今，科学研究工作人员一直无法意识到错乱物质的必要性，由于仅有三维模型才可以表明其所有的危害。伯利文斯顿说：“自然界不费吹灰之力就可以保证的事儿，大家却必须几十年的時间，从一维到二维再到三维，才可以完成。”

▲关键坍缩后的前半秒，错乱物质紧紧围绕在cf超新星关键的周边。在这个仿真模拟中，物质依据熵（一个错乱水平的衡量）开展上色。（色调越长如鲜红色表明熵值高些。）因为错乱物质的存有，发生爆炸是不一样的。

这种仿真模拟还说明，错乱也会造成 发生爆炸的不一样，促使恒星看起来很象时光沙漏。伴随着发生爆炸向一个方位散掉，物质再次顺着另一个方位向着关键坍缩，进一步为恒星暴发填补动能。

这种新的仿真模拟让科学研究工作人员得到能够更好地掌握，cf超新星是怎样营造了大家今日所闻的宇宙空间。伯利文斯顿说：“我们可以得到恰当的发生爆炸动能范畴，大家还可以得到恒星暴发后留有的中子星品质。”超新星爆发造就了宇宙空间中绝大多数的重元素，如氧和铁等。基础理论生物学家现阶段也逐渐应用仿真模拟，来精准预测分析这种重元素有多少。俄亥俄州立高校的基础理论和测算星体科学家塔格尔多 · 萨格斯伯德说：“如今，大家正下手处理过去都无法想象的难题。”

下一次发生爆炸

虽然数学计算呈指数级增长，但超新星爆发仿真模拟仍比外太空中观察到的尽量少许多 。美国哈佛大学的科学家艾铎 · 赫伯特说：“二十年前，大家每一年大概能够发觉 100 个超新星爆发。如今，大家每一年能够发觉 1 万或 2 万只。”由于大家如今有着新的望眼镜，能够迅速、反复地扫描仪全部星空。比较之下，大家的基础理论生物学家每一年只有开展大概 30 次的电子计算机仿真模拟。一个消耗数月的仿真模拟，最后也仅能再现十多分钟的恒星坍缩。库奇说：“你每日都去查询实体模型，随后发觉只前行了一毫秒。”

新仿真模拟的普遍精确性让星体科学家对下一次近距的超新星爆发觉得十分激动。哥本哈根大学的基础理论星体科学家艾琳 · 坦博拉说：“等待太阳系的下一个超新星爆发的另外，大家也有许多 工作中要做。大家必须改善基础理论模型，来掌握我们可以检验到什么特点。这是一个难能可贵的机遇，你不能错过了。”

大部分超新星爆发由于间距地球上很远，以致于探测仪没法检测到在其中的中微子。而太阳系周边的超新星爆发，例如 1987A 超新星爆发，均值每半世纪才产生一次。

可是，假如那样的超新星爆发确实出現了，赫伯特说，科学家将能够仔细观察其引力波，“立即窥视暴发內部的情况”。他说道：“不一样的科学研究工作组偏重于不一样的全过程，这种全过程对恒星的具体发生爆炸都十分关键。此外，这种不一样的全过程也具备不一样的引力波和中微子特点。”

虽然基础理论生物学家在超新星爆发产生的一些最重要要素上早已达到普遍的共识，但挑戰依然存有。萨格斯伯德说，尤其是，发生爆炸的結果 “明显取决于”于恒星塌陷以前的关键构造。错乱的塌陷会将细微地差别变大，造成 各式各样的結果。因而，基础理论生物学家也务必对恒星塌陷以前的演变做精确的模型。

别的的难题还包含磁场在恒星关键转动全过程中充分发挥的功效。伯利文斯顿说：“很有可能，你能见到电磁场和中微子的混和体制。中微子从一种种类变为另一种种类的方法，及其这类转变怎样危害超新星爆发等，这种难题都尚需处理。”

坦博拉说：“大家的仿真模拟中依然必须添加很多要素。如果明天便会开演一场超新星爆发，而且它也合乎大家的基础理论预测分析，那麼这也许能够表明，大家当今沒有充分考虑的要素能够被安全性地忽视。但要不是那样的状况，大家就必须搞清楚缘故。”