超新星还是黑洞？幽灵粒子的“风味”可能决定了垂死恒星的命运

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翻译：杨幸允

校对：牧夫校对组

编排：陈宏宇

后台：朱宸宇

原文链接：https://news.ku.dk/all_news/2026/09/supernova-or-black-hole-ghost-particles-flavor-may-determine-the-fate-of-dying-stars/

哥本哈根大学的一项新研究表明， “幽灵粒子”此前被忽视的一种性质，可能是解释为什么有些恒星会爆发、而另一些则会坍缩成黑洞的关键因素之一。

美国国家航天局詹姆斯·韦布空间望远镜的近红外相机（NIRCam）拍摄的一张全新高清图像，揭示了超新星遗迹仙后座A的复杂细节，并展示了正在膨胀的物质壳层与该恒星在爆发前释放出的气体发生剧烈碰撞的景象。图片来源：美国国家航天局（NASA）、欧洲空间局（ESA）、加拿大宇航局（CSA）、空间望远镜研究所（STScI）、普渡大学的丹尼·米利萨夫列维奇（Danny Milisavljevic）、根特大学的伊尔莎·德·洛泽（Ilse De Looze）和普林斯顿大学的特伊·特曼（Tea Temim）。

当一颗恒星走到生命尽头时，它将面临两种截然不同的命运：要么以超新星的形式爆发，留下一颗中子星；要么发生坍缩，最终成为黑洞。但超新星究竟会走向哪一种结局，仍然是天体物理学领域尚未解答的重大问题之一。

现在，哥本哈根大学的一项新研究表明，中微子——也被称为“幽灵粒子”——及其改变“味道”的能力，可能在决定这颗垂死的大质量恒星的命运方面发挥着更为重要的作用。

这种“变味”——即中微子味的转变——本质上是指中微子粒子从一种类型转变为另一种类型。而它们的类型或“味”对于它们如何与垂死恒星核心中的物质发生相互作用十分重要。

“我们早就知道中微子可以在不同的味之间转换。但我们通常认为，这不会影响恒星爆发的结果。我们的新研究结果表明，中微子的这种味可以告诉我们一些有关恒星命运的信息。”该研究第一作者、尼尔斯·玻尔研究所的博士后研究员玛丽亚姆·戈吉拉什维利（Mariam Gogilashvili）说。

195个垂死大质量恒星的模拟

虽然科学家们多年来一直知道中微子味转变这一现象，但是由于计算成本过高，一直未能将这一物理过程纳入超新星模拟中。

“模拟一颗大质量恒星的死亡过程，基本上已经接近我们目前计算能力的极限。这是因为这其中涉及大量物理过程，计算成本极高。”尼尔斯·玻尔研究所的教授、粒子天体物理学研究组负责人、这项研究第二作者伊雷妮·坦博拉（Irene Tamborra）说。

因此，这两位天体物理学家建立了一个简化模型，以研究中微子味变化在超新星模拟中的影响。

研究人员模拟了195颗质量介于太阳质量的9倍和120倍之间的恒星的坍缩过程。在模拟中，她们比较了包含和不包含中微子味转变的模型，并研究了当这一过程在恒星内部不同密度下被触发时会发生什么。

随后，她们研究了恒星最终是以超新星的形式爆发，还是坍缩成黑洞。结果显示，中微子的行为可以显著改变最终结局，尤其是对于质量介于太阳质量16倍和30倍之间的恒星而言。

“我们将全部195个模拟结果放在一起比较，看到一大批恒星的状态从能够爆发转变为无法爆发时，那真是一个令人兴奋的时刻。在这么多恒星中观察到如此清晰的规律，我们意识到，当我们试图理解大质量恒星如何走向生命终点时，中微子味转变是绝对不能忽略的因素，”博士后研究员玛丽亚姆·戈吉拉什维利说道。

更接近解开天文谜团

戈吉拉什维利和坦博拉的研究结果表明，中微子的行为实际上可能有助于解释一些长期以来对该研究领域构成挑战的观测结果。

其中包括所谓的“超新星频数问题”：研究人员观测到的宇宙中超新星数量远少于理论模型所预测的数量。

“通常情况下，我们能够探测到超新星是因为爆发会释放非常明亮的光。但如果一颗恒星没有发生可见的爆发，而是直接坍缩成黑洞，或者它被尘埃遮挡，那么它实际上可能会从我们的统计中‘消失’。因此，我们的结果表明，可能存在一种机制使这种‘失败的超新星’更容易发生。”博士后研究员玛丽亚姆·戈吉拉什维利说。

“因此，这不仅可以为我们提供更好的工具来预测垂死恒星的命运，还有可能帮助解释为什么观测结果并不总是与理论预测相符。”伊雷妮·坦博拉教授补充道。

一切都是相关的

进一步弄清楚恒星死亡时究竟会发生什么，并不只是为了研究黑洞和中子星、理论与观测。这件事也与我们每个人息息相关。

大质量恒星在其一生中会合成重元素。当超新星爆发时，这些元素被释放到宇宙中，后来行星和生命便由此形成。

“当我们研究大质量恒星的生与死时，实际上也在研究构成宇宙和我们自身的许多元素的起源。从这个角度上说，关于垂死恒星的问题与关于我们自身起源的问题是息息相关的。”伊雷妮·坦博拉教授总结道。

论文原文：

https://doi.org/10.1103/pz3y-3lv5

责任编辑：郭皓存

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