北京
你可能也好奇过：同样是走到生命尽头的大质量恒星，为什么有的轰轰烈烈炸成超新星，有的却悄无声息地直接塌成黑洞？科学家最近发现，答案可能藏在中微子的一种叫"味道"的属性里。
先说清楚这场"死亡"是怎么发生的。一颗大质量恒星烧完氢和其他轻元素之后，会做最后一次挣扎——用越来越快的速度聚变越来越重的元素，试图对抗引力。但到了某个临界点，重元素聚变不再释放能量，反而开始从核心吸走能量。核心迅速收缩，然后反弹，产生的爆炸把恒星撕开，短时间内亮度甚至超过整个星系。
但不是所有巨星都以一声巨响收场。有些恒星的核心塌缩得太快、太致密，直接把自己压成了一个黑洞。这类恒星结束的方式，更像是一声叹息，而不是一声爆炸。
那么，究竟是什么造成了这种差别？答案可能和中微子的一种属性有关，物理学家管它叫"味道"（flavor）。
中微子是带电轻子的"表亲"——不带电、质量极低。电子是最轻的带电轻子，μ子和τ子则是更重的版本。每一种带电轻子都对应一种中微子，于是就有了电子中微子、μ中微子和τ中微子，每一种都对应一种"味道"。
很长一段时间里，物理学家以为中微子没有质量，这意味着中微子的"味道"是固定不变的。但后来人们发现，中微子其实有极微小的质量，这让它可以从一种味道翻转成另一种味道。
当大质量恒星发生核心塌缩时，会产生数量惊人的中微子。由于中微子与其他物质作用很弱，绝大多数中微子几乎不费力气就逃出了核心。事实上，想要知道一颗恒星的核心正在塌缩，方法之一就是观测恒星爆炸前突然出现的中微子峰值。
大多数恒星核心塌缩的模拟并不太在意这些中微子。它们质量不大，又早早逃离现场，按理说不该扮演什么重要角色。但不同味道的中微子质量不同，味道转换的状态，可能就意味着核心有没有足够的质量直接塌成黑洞。这正是这项新研究的焦点。
味道转换是个复杂的过程，所以研究团队用了一种简化的办法把它纳入模型模拟。他们不去纠结细节，而是假设了不同的味道转换水平，以此判断味道转换的程度会如何影响最终结果。随后，他们对195颗前身星进行了核心塌缩模拟，这些恒星的质量从9倍太阳质量到120倍太阳质量不等。每一颗都在不同的味道转换比例下运行，看核心最终是爆炸还是完全塌缩。
结果发现，哪怕只有少量的味道转换，也足以改变一颗恒星的结局。这种效应在16到30倍太阳质量的恒星身上最强——也就是说，这个质量区间的大多数恒星会直接塌成黑洞。更小的恒星和最大的恒星则会变成超新星，除非中微子的味道转换特别强烈。
这个结果提示，中微子在垂死恒星的结局中扮演着关键角色。它或许还能帮助解释一个现象：按照星系中恒星形成的速率来推算，我们观测到的超新星数量似乎比预期的要少。
既然知道了中微子味道转换可以决定一颗恒星是变成超新星还是黑洞，下一个挑战就是确认它是不是那个关键角色。办法之一是观测更多超新星的前身星。随着大型巡天项目陆续上线，我们将能拍到恒星爆炸前的图像，甚至捕捉到它们处于关键转变阶段的样子。
恒星演化的一大谜团，或许就要被质量最小的基本粒子解开了。
这项研究由Gogilashvili与Tamborra完成，论文发表于《Physical Review D》。
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