恆星的最後時刻：三維模擬超新星爆炸

圖片來源：pixabay.com

三維模擬正在解決一個有50年歷史的問題：是什麼讓大質量恆星在其死後爆炸？

半個多世紀以來，物理學家們一直懷疑，中微子在恆星核心中誕生，其產生的熱量可造成爆炸，後者在一秒鐘內輻射的能量比該恆星整個生命周期中所產生的能量還要多。爆炸的過程是如此複雜，以致於計算機難以模擬其原理。

現在，隨著原始計算能力（raw computing power）的提高，以及恆星物理學研究對細節的捕捉，Janka首次成功模擬了最常見類型的超新星爆炸的三維模型。僅僅幾個月後，美國橡樹嶺國家實驗室用質量更重、更複雜的恆星，重複了這一壯舉。這個領域現在正熱火朝天，目前有超過6個團隊正在研究三維恆星爆炸。

三維模型仍處於起步階段，而且差異很大；模擬的恆星有時仍無法爆炸。銀河系之外的恆星爆炸是一種常見的景象，但天文學家們想在我們自己的「後院」看到一個近距離的恆星爆炸。每一個世紀預計會發生一兩次爆炸，下一次爆炸隨時都可能發生。來自模擬的預測不僅可以幫助天文學家調整他們的儀器以最好地捕捉真實的爆炸，而且它們也將是理解數據的關鍵。

真正的考驗是這些模擬的爆炸是否真的與自然界中的類似。這些模型對超新星形狀、能量和化學過程的預測，之後可以與真正的恆星爆炸的外層以及剩餘核心的運動進行比較。

然而，研究恆星表面的光線，只能提供有關爆炸的有限信息。Couch說，「這就像去皮膚科醫生那裡詢問你的心臟」。中微子和引力波能夠相對不受阻礙地通過物質，可以讓天文學家看到恆星內部的深處。

通過中微子探測超新星的價值是如此之大，以至於升級IceCube中微子探測器每次只能對探測器的一部分進行，這樣IceCube就不會錯過某個「千載難逢」的事件。Janka說，「沒有人能告訴你（超新星爆炸）什麼時候會發生，所以你必須時刻保持警惕」。

美國加州理工學院的Sarah Gossan表示，模擬可以幫助科學家在噪音中找到微弱的信號，並破譯其中包含的信息；觀察結果可以提示模擬結果，反之亦然。

參考文獻：Nature 2018;556:287-289

好文薦讀

聽說，愛好科學的人都加了小星星

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！