超新星爆发散射出来的中微子会比可见光更早到达地球

超新星爆发散射出来的中微子会比可见光更早到达地球

要想提前预知超新星爆炸,科学家可以通过探测中微子来知道。中微子是一种不带电、质量极小的亚原子粒子,它不参与强相互作用以及电磁相互作用,只参与引力相互作用以及弱相互作用。

由于弱相互作用,作用距离非常短,而引力相互作用在亚原子尺度下双是十分微弱,因此,这些高速、低质量的粒子,可以几乎毫无阻碍地穿透它们所遇到的所有物质

当恒星处于超新星爆炸过程中时,会在几秒钟之内会以中微子的形式释放出绝大多数的能量,而这些中微子从中心,会以比光子更快的速度逃逸到宇宙中,这就意味着,可以在超新星爆炸的光到达地球之前,通过对中微子探测,从而知道超新星是否爆炸了。


或许你会疑惑,难道是中微子的速度超过了光速?宇宙速度最快的不是光速吗?

其实并没有超越光速。

举例说明:

我们以太阳为例,简单说明一下,我们通常说,我们现在看到的太阳光,是8分钟前的,这个说法并不是完全准确的。

实际上光在到达地球之前,它就已经前行了数千年、数十万年甚至更长的时间。太阳光最初诞生于其核心的氢聚变氦这个过程中产生的光子,新生的光子会不断地和恒星内部的物质发生吸收和散射。它到达表面的运动轨道,并不是直线的,而是无规则的,光子会在移动的路径上不断地撞击其它粒子,比如另一个光子、原子、中子,它会在这个过程中被不断的吸收,然后被投射到另一个方向,所以它会在太阳内部进行无规则的运动,就这样碰碰撞撞持续长达数十万年或者更长的时间,最终它终于在碰撞中到达太阳表面,然后在8分钟后抵达地球

而太阳聚变反应中产生的中微子,由于是弱相互作用粒子,所以当它一旦产生之后,中微子就可以以直线无阻碍地到达太阳表面,进入宇宙。

图解:可见光(左)与中微子

为什么中微子会比可见光更早到达地球?

超新星爆炸中产生的中微子,在星体核心坍缩数秒后,有大量的中微子携带着能量被释放出来,代表电磁信号的光子,则会被核心区域稠密而又充满扰动的物质散射而发生迟滞,因此,中微子会比可见光、γ射线以及无线电波等电磁信号更早到达地球。

可见光具体迟滞的时间,取决于爆炸冲击波的速度以及星体外部物质的稠密程度。

一般来说,对于银河系内的超新星爆炸,中微子会比电磁信号提前2个小时左右,被我们所探测到

举例说明:

1987年,距离地球16.8万光年,位于“大麦哲伦星云”的超新星“1987A”爆发时,日本的“超级神冈中微子探测器”,就提前3个小时,探测到了大批量来自“1987A” 超新星爆发的中微子。

图解:日本的“超级神冈中微子探测器”内部结构

名为“超新星预警系统”全球探测器网络在2005年正式启动

这个“超新星预警系统”会在超新星爆炸时,向科学家发出警报。

这个预警网络目前涉及7个中微子探测实验:

第一、日本的“超级神冈中微子探测器”,简称:Super-K。

第二、日本的“神冈液体闪烁体反中微子探测器”,简称:KamLAND。

第三、意大利格兰萨索国家实验室“Borexino探测器”。

第四、意大利格兰萨索国家实验室“LVD探测器”。

第五、加拿大萨德伯里中微子观测站“HALO探测器”。

第六、中国深圳大亚湾中微子实验室“RPC探测器”。

第七、南极冰立方中微子天文台“Ice Cube探测器”。(目前全球最大的中微子探测器)。

图解:中国深圳大亚湾中微子实验室“RPC探测器”

一旦有来自多个探测器的一致信号就会为天文学界提供超新星出现的,可信度极高的早期预警,但是超新星爆发必须得距离地球足够近,如果距离地球太远了“超新星预警系统”就不起作用了。

举例说明:

2014年,一颗超新星在“M82”星系爆炸,但“超新星预警系统”没有任何提示,这颗超新星距离地球1140万光年。

科学家认为,来自超新星爆发的中微子,会携带着超新星最为核心区域的信息,有助于科学家揭开关于恒星和宇宙大量天文秘密。

图解:“M82”超新星爆炸遗迹

结语

近段时间关于很多人推测“参宿四”是否爆发了消息,距离地球只有640光年,如果真的爆发了,更是研究超新星的难得机会,不过,这实际上也是一个非常困难的挑战。

宇宙中虽然存在着大量的中微子,但它们太难以被探测到,而且近距离还有太阳巨大的干扰源。

事实上地球面向太阳的区域,每秒钟都会穿过大约650亿个来自太阳的中微子。