中微子作为几乎不与物质相互作用的幽灵粒子,可能正悄然重塑大质量恒星的命运。新研究表明,恒星坍缩时会形成天然的"中微子对撞机",使科学家能够以地球上从未实现的方式探测这些难以捉摸的粒子。如果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,从而重塑我们对宇宙演化的认知。
目前,来自中微子、核天体物理与对称性研究网络(Network for Neutrinos, Nuclear Astrophysics, and Symmetries,简称N3AS)的研究团队,包括数名来自加州大学圣地亚哥分校的成员,已通过理论计算证明大质量坍缩恒星如何充当“中微子对撞机”。中微子从这些恒星中窃取热能,迫使恒星收缩并导致其电子以接近光速运动,进而驱动恒星失稳并发生坍缩。
最终坍缩恒星的密度变得极高,致使中微子被捕获并相互碰撞。若仅存在标准模型相互作用,中微子将主要呈现电子味,物质将相对"冷",坍缩后可能留下中子星遗迹。然而,改变中微子味道的秘密相互作用会彻底改变这一过程,产生全味态中微子,并形成主要由中子构成的"炽热"核心,最终可能导致黑洞遗迹的形成。
费米国家加速器实验室即将开展的深层地下中微子实验(Deep Underground Neutrino Experiment, DUNE),以及未来对坍缩恒星产生的中微子或引力波的观测,可能验证这些理论。
这项研究由加州大学圣地亚哥分校的Anna M. Suliga、Julien Froustey、Lukáš Gráf、Kyle Kehrer与George Fuller主导,并联合其他机构合作者共同完成,成果于2025年6月18日发表于《物理评论快报》(Physical Review Letters)。研究部分经费由美国国家科学基金会(PHY-2209578与PHY-2020275)、美国能源部(DE-AC02-07CHI11359)及西蒙斯基金会(2017-228)提供。