1987年2月23夜晚，地球被中微子打成篩子，卻開啓了天文學的革命

“開掛”的天體

在宇宙中，有許許多多“開掛”的天體，其中有一顆脈衝星編號為：SN1987A，或者PSR0535-69。它位於大麥哲倫星系，距離地球大概168,000光年。

SN1987A自轉一個週期才0.5毫秒，一秒鐘要自轉2000圈，這啥概念？

我們可以做個類比，地球自轉一週大概是24小時，換算一下，就是8.64*10^7毫秒，比SN1987A整整大了8個 數量級。相當於SN1987A轉1.7億圈，地球才轉一圈。

如果我們把SN1987A按照半徑10^3米來處理，那這顆脈衝星赤道在自轉時的線速度就可以達到1.2*10^8m/s，光速是3*10^8m/s，也就是説，整個線速度已經非常接近光速了。如果有人可以活在站在SN1987A的赤道上，不考慮引力作用，那感覺一定很刺激。

所以，SN1987A可以是説目前我們觀測到的天體中極為“奇葩”的存在。不過，奇葩歸奇葩，SN1987A在天文學界可是鼎鼎大名，這不是因為“奇葩”，而是因為它引發了天文學領域的研究革命。那究竟是咋回事呢？

特大質量恆星

這要從1987年2月23晚説起，這個夜晚也是載入史冊的一個夜晚。在這個夜晚，日本神岡中微子探測器接收到了12個高能中微子散射電子的事例，這意味着在當時有大概1億億個中微子穿過了這台探測器，而探測器記錄下來了12個，這是極為反常的現象。可以説，從中微子的角度來看，地球已經被它打成了篩子，但由於中微子不參與到電磁相互作用，所以我們感受到它穿過了地球。

不僅神岡中微子探測器接收到了高能中微子，美國、意大利、蘇聯的中微子探測器也都接收到了。而在神岡中微子探測器發現中微子之後的3個小時，科學家伊恩·謝爾頓和奧斯卡·杜阿爾德利用智利拉斯坎帕納斯天文台的望遠鏡，對準了大麥哲倫雲進行拍照。

他們共同發現了一次超新星爆發，也就是SN1987A。同一時間，也有其他的科學家發現了這次超新星爆炸。

可能你要問了，這起超新星爆炸有什麼特殊的呢？

其實，它真的很特殊。細心的朋友可能會發現一個問題，那就是中微子達到地球的時間，竟然比光還快了三小時。我們都知道，愛因斯坦的狹義相對論是建立在“光速不變原理”之上的，而通過光速不變原理，我們可以得到信息、物質、能量的速度極限是光速。因此，中微子比光還要快，就違背了愛因斯坦的相對論。難道愛因斯坦真的錯了麼？

其實並沒有，之所以説這次的超新星爆炸可以載入史冊，就是因為它幫助科學家完成了“核塌縮超新星模型”。那為什麼沒有違背相對論？“核塌縮超新星模型”又是什麼？

核塌縮超新星

這就需要提到恆星的演化。我們每天夜晚都能看到天空中一閃一閃的星星。這些星星一部分是恆星，一部分是星系，只有極少數的是太陽內的行星。

之所以會有星光，其實是因為恆星內核會發生核聚變反應。就拿太陽來説，太陽內核就正在發生氫核聚變。具體來説就是，氫原子核轉化成氦原子核的過程。

之所以太陽可以引發核聚變反應，這是因為太陽質量巨大，引力會使得太陽內核温度急劇升高，物質呈現等離子態。這種狀態下，原子結構都無法完整地保留。電子脱離原子核的束縛，因此，太陽內核就像是一鍋粒子粥，電子、原子核等離子在其中自由地移動。

所以，原子核和原子核之間就有一定的概率發生核聚變反應。一般恆星中含量最高的就是氫原子核，因此，首先引發的是氫原子核的核聚變反應。當然氫原子核燃燒得差不多時，如果質量足夠大，恆星會就會發生一次“換擋”，開始燃燒氦原子核，生成碳原子核和氧原子核。同樣地，只要質量足夠大，當碳原子核燒得差不多時，還可以繼續沿着元素週期表從低往高地進行核聚變反應，一直到生成鐵。

鐵原子核是最穩定的原子核，想要讓鐵原子核發生核聚變是相當困難的。不過，有一類特大質量的恆星，它們的質量大概是9倍以上的太陽質量。在演化過程中，會形成一個類似於巨型洋葱頭的狀態。被稱為巨型洋葱頭的原因是這類恆星就像洋葱一樣，一層層地發生着不同的恆聚變反應。

由於它們的質量極其大，因此，這類恆星的引力巨大，引力會使得恆星的內核快速坍縮，光子會被壓入到鐵原子核內部，直接擊碎鐵原子核，這時就會釋放出質子和中子，質子和自由的電子發生反應就會生成中子和中微子。

由於中微子的穿透力極強，中微子從核心逃逸出來，飛向廣闊的宇宙。又因為質量又很小很小，我們連測量它的質量都極為困難。因此，根據狹義相對論，我們可以知道，中微子的傳播速度是極其快的，接近於光速。

中微子從核心逃逸的過程中會帶走了大量的能量，這會加速核心的坍縮，使得恆星的核心和外殼分離開。此時，就會有一部分的中微子被外層吸收，從而引發超新星爆炸。

所以，在超新星爆炸開始之前，已經有很多中微子朝着地球飛來，這也是為什麼我們會先接收到中微子的原因，因此，光速不變原理並沒有什麼問題。

我們繼續説回到恆星，就在中微子被產生後不久，大部分的質子都與自由電子反應生成了中子。此時，在引力的作用下，中子被束縛在了一起，由於中子是一種費米子，它需要遵循泡利不相容原理的。因此，中子可以產生一種量子效應，我們稱之為：中子簡併壓。

這種量子效應會產生一種向外對抗引力的作用，於是，恆星的內核就會處於一種平衡態。於是，一顆新鮮出爐的中子星就此誕生了，也就是上文中提到的SN1987A。

可以説，1987年2月23號夜晚的發現，使得天文學家完善了這類中子星的形成機理，確認了超新星爆炸之後可以形成中子星。如今我們依然可以觀測到那一次超新星爆炸之後的殘骸。

同時，通過中微子探測SN1987A，也正式拉開了中微子天文學的序幕。如今，中微子天文學已經成為了天文學研究的最前沿。因此，1987年2月23號是一個足以被載入天文學史冊的日子。