论文部分内容阅读
对于天文学家来说，1987年2月23日是一个非常值得纪念的日子。这一天，他们发现了一颗超新星。这就是超新星1987A，它出现在大麦哲伦星云内。现在，科学家基本可以肯定，爆发之前的1987A是一颗蓝超巨星，它有20个太阳的质量，光度是太阳的15倍，半径有40个太阳那么大。1987A在爆发的短短几个月里．释放出了超过1亿个太阳的能量，这使它拥有极为可观的亮度，是400余年来最亮的一颗。它出现在美国《时代》杂志的封面上，成了当年最惹人注目的天体。
一往无前的中微子
最早把1987A爆发的消息报告给天文学家的不是天文望远镜，而是中微子探测仪。在美国和日本有两个中微子探测仪，它们深埋在地下，里面储藏着几吨特制的水。1987年2月23日，它们的水箱中出现了一系列的闪光过程，在短短的13秒内，闪光出现了20次。这种闪光是亚原子粒子的闪光，它们击中了水箱。这些亚原子粒子就是中微子。
于是粒子物理学家知道，一颗恒星死亡了，也就是说一颗超新星爆发了。他们很快把望远镜对准了天空，也很快找到了爆发的1987A。这是具有重要意义的13秒，是这些中微子首先看到了在遥远地方的猛烈爆发。也正是在这个时刻，理论上的中微子物理学开始变得具有实际意义。
超新星本来很暗淡，我们看不到它们。但当它爆发的时候，那些碎片猛烈炸开，并在与其他星际物质的撞击中发出强烈的光芒。只有这个时刻，我们才能看到它。但是，这些光是在爆发之后过一段时间才产生的，所以这些光子向我们报告这个消息的时候，速度慢了一步。
但是，中微子就不同了，它在爆发的时刻就能产生出来，所以它的诞生比光要早一步。
它们与爆炸的碎片一起向外界奔跑，它们与那些碎片激烈地撞击着，但是这种撞击毫无意义：中微子可以穿透那些碎片，大约10秒之后它们就可以脱离恒星，然后一往无前地向前，向我们报告超新星爆发的最新消息。
天文学家很想知道爆发的那个瞬间发生的事情。中微子就像是一个跑在最前面的哨兵，对这个问题报告得非常及时。当我们接到它的报告之后，也可以立刻知道爆炸的天体在什么位置，这样再用光学望远镜去寻找，就可以尽量早一些时间看到超新星。这样做，无疑对研究超新星的爆发过程极为有利。
等待超新星
现在，一大批的观测设备已经就位，就等下一次的超新星出现了。全世界的中微子天文台将探测由超新星产生的中微子。许多科学小组也时刻处于高度戒备状态，这样在下一次近距超新星出现时，天文学家就不会显得手忙脚乱了。
我们对多数超新星的爆发几乎是一无所知。每年在光学波段上发现的超新星有十几个，但是它们的距离很远，那么远的距离会使我们接收到的中微子数量变得很少，即使是最好的探测器也无法探测到它们。就像超新星1987A，它在爆发的时候发射出的中微子有几百亿亿个，但只有极其微量的打到两个中微子探测器上。
所以，他们等待的是近距离的超新星，最好是银河系的超新星，这样可以让他们从那不太远的爆炸中得到更多的信息。对于近距离超新星爆发，我们需要等待30年才能遇到一次这样的机会。30年的等待对于仅有10秒或者20秒的观测数据而言，是相当漫长的。
对此，天文学家希望通过提高探测器的灵敏度来弥补这种不足。所幸的是，现在已经有了更灵敏的探测器，它可以使在相似的事件中记录到的中微子数达到几百个。
另一件武器
为了了解超新星爆发的整个过程，科学家还准备了另外一件武器，那就是引力波探测仪。
爱因斯坦的相对论预言，当大质量恒星的核燃料耗尽时，它就会爆发成为一颗超新星。当恒星中央的核聚变停止时，恒星的核心会在引力的作用下猛然向内坍缩。这一坍缩会造成星体的爆炸，恒星的外部包层会被抛出，并且释放出巨大的能量。在这个过程中，它还会释放出引力波，它的爆发会产生引力波辐射。引力波可以毫无阻碍地穿过高密物质，并且以光速传播，甚至可以在中微子之前到达地球，告诉我们超新星爆发那个瞬间的讯息。这些讯息包括：恒星是如何爆发的?它是如何坍塌的?它的物质是如何被抛洒出来的?它甚至还可以告诉我们中微子是如何产生的。
在中国的历史文献中曾经记载了很多超新星爆发的记录，但是，那个时候的观测技术仅仅限于肉眼。进入20世纪，望远镜技术使观测方法更进了一步，但是，这也仅仅限于光学。现在科学家正在试图寻找未来的超新星，从它们的周围环境来考察它们是否有爆发的可能。目前，已经找到了几个候选者。
建立这样一个由新一代引力波探测仪和中微子探测仪联合组成的超新星早期预警系统，可以大大方便对未来超新星的观测当它们真正爆发的时候，我们就可以得到爆发全过程的完整资料，毫无疑问，这对建立完整的南新星爆发理论具有重要意义，也可以补充和完善现有的恒星理论。
引力波和中微子探测仪已经做好了准备，等待着超新星爆发的那个瞬间。
Sudbury中微子天文台(SNO)由一个容纳1000吨重水的丙烯球以及环绕在周围的球形骨架组成，骨架上装有9600个敏感的大型光电管。它上面有2千米厚的岩层来遮挡宇宙线而其周围有7000吨超纯净的水来阻止其他形式的辐射。SNO自1999年起进行中微子观测，2年后它证实了超级神冈的发现——中微子会改变味道，也就是会发生振荡——这解决了数十年来困扰人们的中微子失踪难题。
在解释了太阳中微子失踪问题之后，中微子仍旧可以告诉天文学家很多关于太阳本身的东西。毕竟，SNO所测量的太阳中微子振荡虽然是革命性的，但却只基于很小的一部分中微子——能量高于5MeV的那部分。产生这些高能太阳中微子的反应必须有重子数为8的同位素参与。这提示一些研究人员，应该寻找探测更低能量中微子振荡的方法，这样太阳中微子最大但最宁静的那部分仍等待着人们去研究。因为探测低能量中微子同样也能提供第一次直接比较太阳中微子(产生在太阳深深的核心中)产率与太阳表面亮度关系的机会。太阳的光子从核心传播到光球层要花费将近100万年的时间，而太阳中微子走完这段路程的时间只有2秒。比较太阳核心的亮度与光球层的亮度将揭示在100万年的时间尺度上太阳产能率的稳定与否。
一往无前的中微子
最早把1987A爆发的消息报告给天文学家的不是天文望远镜，而是中微子探测仪。在美国和日本有两个中微子探测仪，它们深埋在地下，里面储藏着几吨特制的水。1987年2月23日，它们的水箱中出现了一系列的闪光过程，在短短的13秒内，闪光出现了20次。这种闪光是亚原子粒子的闪光，它们击中了水箱。这些亚原子粒子就是中微子。
于是粒子物理学家知道，一颗恒星死亡了，也就是说一颗超新星爆发了。他们很快把望远镜对准了天空，也很快找到了爆发的1987A。这是具有重要意义的13秒，是这些中微子首先看到了在遥远地方的猛烈爆发。也正是在这个时刻，理论上的中微子物理学开始变得具有实际意义。
超新星本来很暗淡，我们看不到它们。但当它爆发的时候，那些碎片猛烈炸开，并在与其他星际物质的撞击中发出强烈的光芒。只有这个时刻，我们才能看到它。但是，这些光是在爆发之后过一段时间才产生的，所以这些光子向我们报告这个消息的时候，速度慢了一步。
但是，中微子就不同了，它在爆发的时刻就能产生出来，所以它的诞生比光要早一步。
它们与爆炸的碎片一起向外界奔跑，它们与那些碎片激烈地撞击着，但是这种撞击毫无意义：中微子可以穿透那些碎片，大约10秒之后它们就可以脱离恒星，然后一往无前地向前，向我们报告超新星爆发的最新消息。
天文学家很想知道爆发的那个瞬间发生的事情。中微子就像是一个跑在最前面的哨兵，对这个问题报告得非常及时。当我们接到它的报告之后，也可以立刻知道爆炸的天体在什么位置，这样再用光学望远镜去寻找，就可以尽量早一些时间看到超新星。这样做，无疑对研究超新星的爆发过程极为有利。
等待超新星
现在，一大批的观测设备已经就位，就等下一次的超新星出现了。全世界的中微子天文台将探测由超新星产生的中微子。许多科学小组也时刻处于高度戒备状态，这样在下一次近距超新星出现时，天文学家就不会显得手忙脚乱了。
我们对多数超新星的爆发几乎是一无所知。每年在光学波段上发现的超新星有十几个，但是它们的距离很远，那么远的距离会使我们接收到的中微子数量变得很少，即使是最好的探测器也无法探测到它们。就像超新星1987A，它在爆发的时候发射出的中微子有几百亿亿个，但只有极其微量的打到两个中微子探测器上。
所以，他们等待的是近距离的超新星，最好是银河系的超新星，这样可以让他们从那不太远的爆炸中得到更多的信息。对于近距离超新星爆发，我们需要等待30年才能遇到一次这样的机会。30年的等待对于仅有10秒或者20秒的观测数据而言，是相当漫长的。
对此，天文学家希望通过提高探测器的灵敏度来弥补这种不足。所幸的是，现在已经有了更灵敏的探测器，它可以使在相似的事件中记录到的中微子数达到几百个。
另一件武器
为了了解超新星爆发的整个过程，科学家还准备了另外一件武器，那就是引力波探测仪。
爱因斯坦的相对论预言，当大质量恒星的核燃料耗尽时，它就会爆发成为一颗超新星。当恒星中央的核聚变停止时，恒星的核心会在引力的作用下猛然向内坍缩。这一坍缩会造成星体的爆炸，恒星的外部包层会被抛出，并且释放出巨大的能量。在这个过程中，它还会释放出引力波，它的爆发会产生引力波辐射。引力波可以毫无阻碍地穿过高密物质，并且以光速传播，甚至可以在中微子之前到达地球，告诉我们超新星爆发那个瞬间的讯息。这些讯息包括：恒星是如何爆发的?它是如何坍塌的?它的物质是如何被抛洒出来的?它甚至还可以告诉我们中微子是如何产生的。
在中国的历史文献中曾经记载了很多超新星爆发的记录，但是，那个时候的观测技术仅仅限于肉眼。进入20世纪，望远镜技术使观测方法更进了一步，但是，这也仅仅限于光学。现在科学家正在试图寻找未来的超新星，从它们的周围环境来考察它们是否有爆发的可能。目前，已经找到了几个候选者。
建立这样一个由新一代引力波探测仪和中微子探测仪联合组成的超新星早期预警系统，可以大大方便对未来超新星的观测当它们真正爆发的时候，我们就可以得到爆发全过程的完整资料，毫无疑问，这对建立完整的南新星爆发理论具有重要意义，也可以补充和完善现有的恒星理论。
引力波和中微子探测仪已经做好了准备，等待着超新星爆发的那个瞬间。
Sudbury中微子天文台(SNO)由一个容纳1000吨重水的丙烯球以及环绕在周围的球形骨架组成，骨架上装有9600个敏感的大型光电管。它上面有2千米厚的岩层来遮挡宇宙线而其周围有7000吨超纯净的水来阻止其他形式的辐射。SNO自1999年起进行中微子观测，2年后它证实了超级神冈的发现——中微子会改变味道，也就是会发生振荡——这解决了数十年来困扰人们的中微子失踪难题。
在解释了太阳中微子失踪问题之后，中微子仍旧可以告诉天文学家很多关于太阳本身的东西。毕竟，SNO所测量的太阳中微子振荡虽然是革命性的，但却只基于很小的一部分中微子——能量高于5MeV的那部分。产生这些高能太阳中微子的反应必须有重子数为8的同位素参与。这提示一些研究人员，应该寻找探测更低能量中微子振荡的方法，这样太阳中微子最大但最宁静的那部分仍等待着人们去研究。因为探测低能量中微子同样也能提供第一次直接比较太阳中微子(产生在太阳深深的核心中)产率与太阳表面亮度关系的机会。太阳的光子从核心传播到光球层要花费将近100万年的时间，而太阳中微子走完这段路程的时间只有2秒。比较太阳核心的亮度与光球层的亮度将揭示在100万年的时间尺度上太阳产能率的稳定与否。