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超新星SN 1987A出现在这张由施密特望远镜拍摄的狼蛛状星云图像中心附近的一个亮点 。
中田正幸等待一颗恒星的爆炸已经等了35年 。 1987年2月 ， 在他刚刚开始从事科学研究的时候 ， 一个光点突然出现在南半球的天空中 ， 这是目前发现距离最近的超新星 ， 这颗被称为“SN1987A”的超新星当时引起了全世界媒体的关注 ， 并促进了天体物理学的巨大进步 。 当时中田正幸还是一名研究生 ， 正在研究当时世界上最重要的中微子捕捉器之一 ， 日本神冈县地下天文台的“神冈二号”探测器 。 他和他的同事发现了中微子从超新星中涌出的证据 ， 这是第一次有人看到这些来自太阳系以外的基本粒子 。
现在 ， 中田正幸成为了东京大学的物理学家并且已经为另一颗超新星爆炸做好了准备 ， 他是世界上最大的中微子探测器“超级神冈”的负责人 ， 该实验对超新星警报系统的升级已于去年年底完成 。 这些改进将使天文台的计算机能够几乎实时地识别出来自超新星的中微子 ， 并向世界各地的常规望远镜发出自动警报 。
天文学家将拭目以待 ， 明尼苏达大学德卢斯分校的天体物理学家亚历克·哈比格说:“这将会让每个人都心惊胆战 。 ”超级神冈探测器和其他中微子观测站的早期预警将触发其它天文望远镜朝自动向超新星的方向旋转 ， 捕捉超新星发出的第一束光 。 巴黎萨克莱大学的天体物理学家布歇在智利天文台对SN1987A超新星进行了观测 ， 他说 ， “当光线到达时 ， 最亮的时候这颗超新星将比满月还要亮 ， 即使在白天也是可见的 。 ”
超新星极少被近距离观测到 ， 但这在科学上的回报将是巨大的 。 这种观测对于科学家理解恒星的化学元素是如何扩散到星系的有重要意义 ， 同时恒星爆炸本身就合成了一般情况下不存在的元素 。 中田正幸等人希望通过捕捉到的中微子 ， 为研究超新星内部的极端物理现象提供一个独特的视角 ， 并可能有助于一些有关自然界基本力和粒子研究的重要发现 。
超新星的形成
1987年2月24日清晨 ， 位于智利拉斯坎帕纳斯天文台的望远镜操作员伊恩·谢尔顿发现了一个意料之外的光点 ， 它出现在刚刚拍摄的大麦哲伦星云曝光照片中 。 大麦哲伦星云是一个绕银河系运行的小星系 ， 在地球南半球的天空中可以看到 。 谢尔顿立刻意识到这可能是一件大事 ， 他走到外面并用自己的眼睛看了看 ， 果然发现了这颗以前没有记录的明亮星星 。 这是自1604年德国天文学家开普勒记录以来 ， 第一个肉眼可见的恒星物体 。
超新星是宇宙中能量最大的天文现象之一 ， 它会持续发光几周或几个月 ， 在一些罕见的情况下 ， 它发出的光比它所在的整个星系还多 。 通常超新星爆炸包括几种类型 ， 但最常见的情况是发生在一个质量非常大的恒星的生命末期 ， 例如一个大约是太阳质量8到140倍的恒星 。 当恒星耗尽了所有的核聚变燃料 ， 留下了一个由铁和镍组成的处于等离子体状态的核心 。 这时恒星的外层开始向内坍塌 ， 在几毫秒的时间内核心中的大部分物质被压缩形成中子 ， 这在通常条件下是不可能的 。 中子所占的空间比原有的等离子体核心小得多 ， 导致恒星核心的密度突然上升了几个数量级 ， 最终形成了中子星 。
由于每个中子的形成都会释放出一个中微子 ， 因此恒星内核的坍塌会释放出短暂的中微子风暴 。 但这场灾难才刚刚开始 ， 恒星的其余部分将会像雨点一样落在那颗中子星上 ， 在强烈的引力场作用下落数千公里后 ， 这些物质撞击到中子星的坚硬表面 ， 并带着向外传播的冲击波向整个宇宙中喷发 。 这种冲击波如此猛烈 ， 以至于恒星的其他部分都会解体只留下核心的中子星作为残留物 。
2011年 ， 哈勃太空望远镜捕捉到SN1987A超新星被一组发光环包围 。
【超新星可能在任何时候闪耀整个银河系，天文学家将拭目以待】在坍缩过程中 ， 落下物质释放的能量将基本粒子撞在一起 ， 就像在高能对撞机中发生的那样 ， 不断地将能量转化成各种各样的新粒子 。 “它的温度和密度令人难以置信”北卡罗来纳州达勒姆杜克大学的天体物理学家凯特·斯克尔伯格说 。 大多数粒子无处可去 ， 不断地相互碰撞——只有一个例外 ， 当碰撞产生中微子时 ， 该粒子很有可能逃逸到外太空而不会撞击其他任何物体 。 因此 ， 许多中微子会在中子星形成的10秒或更长时间内产生 。 研究人员估计SN 1987A超新星发射了10的58次方个中微子 。 最终 ， 恒星的大部分质量分散到星际空间中 。 在接下来的岁月里 ， 它将引发新的恒星和行星的形成 ， 事实大约在50亿年前上我们的太阳系可能就是这样形成的 。
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