對(duì)于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，1987年2月23日是一個(gè)非常值得紀(jì)念的日子。這一天，他們發(fā)現(xiàn)了一顆超新星。這就是超新星1987A，它出現(xiàn)在大麥哲倫星云內(nèi)?，F(xiàn)在，科學(xué)家基本可以肯定，爆發(fā)之前的1987A是一顆藍(lán)超巨星，它有20個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量，光度是太陽(yáng)的15倍，半徑有40個(gè)太陽(yáng)那么大。1987A在爆發(fā)的短短幾個(gè)月里．釋放出了超過(guò)1億個(gè)太陽(yáng)的能量，這使它擁有極為可觀的亮度，是400余年來(lái)最亮的一顆。它出現(xiàn)在美國(guó)《時(shí)代》雜志的封面上，成了當(dāng)年最惹人注目的天體。

一往無(wú)前的中微子

最早把1987A爆發(fā)的消息報(bào)告給天文學(xué)家的不是天文望遠(yuǎn)鏡，而是中微子探測(cè)儀。在美國(guó)和日本有兩個(gè)中微子探測(cè)儀，它們深埋在地下，里面儲(chǔ)藏著幾噸特制的水。1987年2月23日，它們的水箱中出現(xiàn)了一系列的閃光過(guò)程，在短短的13秒內(nèi)，閃光出現(xiàn)了20次。這種閃光是亞原子粒子的閃光，它們擊中了水箱。這些亞原子粒子就是中微子。

于是粒子物理學(xué)家知道，一顆恒星死亡了，也就是說(shuō)一顆超新星爆發(fā)了。他們很快把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)了天空，也很快找到了爆發(fā)的1987A。這是具有重要意義的13秒，是這些中微子首先看到了在遙遠(yuǎn)地方的猛烈爆發(fā)。也正是在這個(gè)時(shí)刻，理論上的中微子物理學(xué)開(kāi)始變得具有實(shí)際意義。

超新星本來(lái)很暗淡，我們看不到它們。但當(dāng)它爆發(fā)的時(shí)候，那些碎片猛烈炸開(kāi)，并在與其他星際物質(zhì)的撞擊中發(fā)出強(qiáng)烈的光芒。只有這個(gè)時(shí)刻，我們才能看到它。但是，這些光是在爆發(fā)之后過(guò)一段時(shí)間才產(chǎn)生的，所以這些光子向我們報(bào)告這個(gè)消息的時(shí)候，速度慢了一步。

但是，中微子就不同了，它在爆發(fā)的時(shí)刻就能產(chǎn)生出來(lái)，所以它的誕生比光要早一步。

它們與爆炸的碎片一起向外界奔跑，它們與那些碎片激烈地撞擊著，但是這種撞擊毫無(wú)意義：中微子可以穿透那些碎片，大約10秒之后它們就可以脫離恒星，然后一往無(wú)前地向前，向我們報(bào)告超新星爆發(fā)的最新消息。

天文學(xué)家很想知道爆發(fā)的那個(gè)瞬間發(fā)生的事情。中微子就像是一個(gè)跑在最前面的哨兵，對(duì)這個(gè)問(wèn)題報(bào)告得非常及時(shí)。當(dāng)我們接到它的報(bào)告之后，也可以立刻知道爆炸的天體在什么位置，這樣再用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡去尋找，就可以盡量早一些時(shí)間看到超新星。這樣做，無(wú)疑對(duì)研究超新星的爆發(fā)過(guò)程極為有利。

等待超新星

現(xiàn)在，一大批的觀測(cè)設(shè)備已經(jīng)就位，就等下一次的超新星出現(xiàn)了。全世界的中微子天文臺(tái)將探測(cè)由超新星產(chǎn)生的中微子。許多科學(xué)小組也時(shí)刻處于高度戒備狀態(tài)，這樣在下一次近距超新星出現(xiàn)時(shí)，天文學(xué)家就不會(huì)顯得手忙腳亂了。

我們對(duì)多數(shù)超新星的爆發(fā)幾乎是一無(wú)所知。每年在光學(xué)波段上發(fā)現(xiàn)的超新星有十幾個(gè)，但是它們的距離很遠(yuǎn)，那么遠(yuǎn)的距離會(huì)使我們接收到的中微子數(shù)量變得很少，即使是最好的探測(cè)器也無(wú)法探測(cè)到它們。就像超新星1987A，它在爆發(fā)的時(shí)候發(fā)射出的中微子有幾百億億個(gè)，但只有極其微量的打到兩個(gè)中微子探測(cè)器上。

所以，他們等待的是近距離的超新星，最好是銀河系的超新星，這樣可以讓他們從那不太遠(yuǎn)的爆炸中得到更多的信息。對(duì)于近距離超新星爆發(fā)，我們需要等待30年才能遇到一次這樣的機(jī)會(huì)。30年的等待對(duì)于僅有10秒或者20秒的觀測(cè)數(shù)據(jù)而言，是相當(dāng)漫長(zhǎng)的。

對(duì)此，天文學(xué)家希望通過(guò)提高探測(cè)器的靈敏度來(lái)彌補(bǔ)這種不足。所幸的是，現(xiàn)在已經(jīng)有了更靈敏的探測(cè)器，它可以使在相似的事件中記錄到的中微子數(shù)達(dá)到幾百個(gè)。

另一件武器

為了了解超新星爆發(fā)的整個(gè)過(guò)程，科學(xué)家還準(zhǔn)備了另外一件武器，那就是引力波探測(cè)儀。

愛(ài)因斯坦的相對(duì)論預(yù)言，當(dāng)大質(zhì)量恒星的核燃料耗盡時(shí)，它就會(huì)爆發(fā)成為一顆超新星。當(dāng)恒星中央的核聚變停止時(shí)，恒星的核心會(huì)在引力的作用下猛然向內(nèi)坍縮。這一坍縮會(huì)造成星體的爆炸，恒星的外部包層會(huì)被拋出，并且釋放出巨大的能量。在這個(gè)過(guò)程中，它還會(huì)釋放出引力波，它的爆發(fā)會(huì)產(chǎn)生引力波輻射。引力波可以毫無(wú)阻礙地穿過(guò)高密物質(zhì)，并且以光速傳播，甚至可以在中微子之前到達(dá)地球，告訴我們超新星爆發(fā)那個(gè)瞬間的訊息。這些訊息包括：恒星是如何爆發(fā)的?它是如何坍塌的?它的物質(zhì)是如何被拋灑出來(lái)的?它甚至還可以告訴我們中微子是如何產(chǎn)生的。

在中國(guó)的歷史文獻(xiàn)中曾經(jīng)記載了很多超新星爆發(fā)的記錄，但是，那個(gè)時(shí)候的觀測(cè)技術(shù)僅僅限于肉眼。進(jìn)入20世紀(jì)，望遠(yuǎn)鏡技術(shù)使觀測(cè)方法更進(jìn)了一步，但是，這也僅僅限于光學(xué)?，F(xiàn)在科學(xué)家正在試圖尋找未來(lái)的超新星，從它們的周圍環(huán)境來(lái)考察它們是否有爆發(fā)的可能。目前，已經(jīng)找到了幾個(gè)候選者。

建立這樣一個(gè)由新一代引力波探測(cè)儀和中微子探測(cè)儀聯(lián)合組成的超新星早期預(yù)警系統(tǒng)，可以大大方便對(duì)未來(lái)超新星的觀測(cè)當(dāng)它們真正爆發(fā)的時(shí)候，我們就可以得到爆發(fā)全過(guò)程的完整資料，毫無(wú)疑問(wèn)，這對(duì)建立完整的南新星爆發(fā)理論具有重要意義，也可以補(bǔ)充和完善現(xiàn)有的恒星理論。

引力波和中微子探測(cè)儀已經(jīng)做好了準(zhǔn)備，等待著超新星爆發(fā)的那個(gè)瞬間。

Sudbury中微子天文臺(tái)(SNO)由一個(gè)容納1000噸重水的丙烯球以及環(huán)繞在周圍的球形骨架組成，骨架上裝有9600個(gè)敏感的大型光電管。它上面有2千米厚的巖層來(lái)遮擋宇宙線而其周圍有7000噸超純凈的水來(lái)阻止其他形式的輻射。SNO自1999年起進(jìn)行中微子觀測(cè)，2年后它證實(shí)了超級(jí)神岡的發(fā)現(xiàn)——中微子會(huì)改變味道，也就是會(huì)發(fā)生振蕩——這解決了數(shù)十年來(lái)困擾人們的中微子失蹤難題。

在解釋了太陽(yáng)中微子失蹤問(wèn)題之后，中微子仍舊可以告訴天文學(xué)家很多關(guān)于太陽(yáng)本身的東西。畢竟，SNO所測(cè)量的太陽(yáng)中微子振蕩雖然是革命性的，但卻只基于很小的一部分中微子——能量高于5MeV的那部分。產(chǎn)生這些高能太陽(yáng)中微子的反應(yīng)必須有重子數(shù)為8的同位素參與。這提示一些研究人員，應(yīng)該尋找探測(cè)更低能量中微子振蕩的方法，這樣太陽(yáng)中微子最大但最寧?kù)o的那部分仍等待著人們?nèi)パ芯?。因?yàn)樘綔y(cè)低能量中微子同樣也能提供第一次直接比較太陽(yáng)中微子(產(chǎn)生在太陽(yáng)深深的核心中)產(chǎn)率與太陽(yáng)表面亮度關(guān)系的機(jī)會(huì)。太陽(yáng)的光子從核心傳播到光球?qū)右ㄙM(fèi)將近100萬(wàn)年的時(shí)間，而太陽(yáng)中微子走完這段路程的時(shí)間只有2秒。比較太陽(yáng)核心的亮度與光球?qū)拥牧炼葘⒔沂驹?00萬(wàn)年的時(shí)間尺度上太陽(yáng)產(chǎn)能率的穩(wěn)定與否。