幽灵粒子或暗中决定坍缩恒星的命运

中微子这种几乎不与物质相互作用的幽灵粒子,可能正在悄然重塑大质量恒星的命运。最新研究表明,恒星坍缩时会形成天然的"中微子对撞机",使科学家得以探索地球上永远无法实现的粒子研究方式。若中微子确实通过尚未发现的力相互作用,它们可能导致恒星直接坍缩成黑洞而非中子星,这将彻底改变我们对宇宙演化的认知。

由中微子、核天体物理与对称性研究联盟(N3AS)组成的科研团队,包括来自加州大学圣地亚哥分校的多位学者,通过理论计算揭示了巨大质量恒星坍缩时如何成为"中微子对撞机"。中微子会窃取这些恒星的热能,迫使恒星收缩并导致其电子以近光速运动,最终引发恒星失稳坍缩。

当坍缩恒星的密度达到极高值时,中微子会被捕获并相互碰撞。若仅考虑标准模型相互作用,中微子将主要呈现电子味态,物质处于相对"冷"的状态,坍缩后可能形成中子星残骸。但若存在能彻底改变中微子味态的秘密相互作用,就会产生全味态中微子,形成以中子为主的"热"核,最终可能导致黑洞残骸的形成。

费米国家加速器实验室即将开展的深地下中微子实验(DUNE),以及未来对坍缩恒星产生的中微子或引力波的观测,都可能验证这些理论。

这项发表于2025年6月18日《物理评论快报》的研究由加州大学圣地亚哥分校的Anna M. Suliga、Julien Froustey、Lukáš Gráf、Kyle Kehrer和George Fuller领衔,并与其他机构学者合作完成。研究经费部分来自美国国家科学基金会(PHY-2209578和PHY-2020275)、能源部(DE-AC02-07CHI11359)以及海辛-西蒙斯基金会(2017-228)。