作者斯科特·赫什伯格，费米国家加速器实验室 科学家们以前只探测过一次超新星发射的中微子:在SN 1987A(中心的亮星)期间，探测器只发现了大约24个中微子相互作用
这颗爆炸的恒星位于大麦哲伦星云中，距离地球的距离是参宿四的240倍
信用:ESO 2019年末，形成猎户座左肩的参宿四开始明显变暗，引发了对即将发生超新星爆发的猜测
如果它爆炸了，这个距离地球仅700光年的宇宙邻居将会在白天连续几周可见
然而99%的爆炸能量不是由光携带的，而是由中微子携带的，中微子是很少与其他物质相互作用的类似幽灵的粒子
费米实验室的理论家萨姆·麦克德莫特说，如果参宿四很快变成超新星，探测到发射的中微子将“极大地增强我们对超新星核心深处发生的事情的理解”
这将为研究中微子本身的特性提供一个独特的机会
费米实验室主持的地下深处中微子实验计划在2020年代后期开始运行，正在考虑这些目标
沙丘的远探测器——南达科他州桑福德地下研究设施的一个巨大的液态氩罐——将接收从费米实验室发射的中微子留下的信号以及从太空到达的信号
由于超新星向四面八方均匀地发射中微子，沙丘能够探测到的中微子数量随着超新星和地球之间距离的平方而减少
也就是说，在距离超新星10000光年之外可以被发现的中微子数量是距离超新星1000光年之外同样强大的超新星所能探测到的数量的100倍
由于这个原因，如果一颗超新星发生在我们银河系的中部，距离我们数万光年，那么DUNE很可能会探测到几千个中微子
然而，由于参宿四距离较近，科学家们预计，如果红巨星在未来几十年发生爆炸，沙丘将探测到大约100万个中微子，这将提供大量数据
尽管参宿四超新星发出的光会持续数周，但中微子的爆发只会持续几分钟
“想象你在森林里，那里有一片草地，那里有萤火虫，这是成千上万只萤火虫出来的夜晚，”乔治亚·卡拉乔治说，他是哥伦比亚大学的物理学家，也是沙丘数据选择小组的负责人
“如果我们能用肉眼看到中微子的相互作用，那它在沙丘探测器上会是什么样子
" 探测器不会直接拍摄进入的中微子
相反，它将追踪中微子与氩原子相互作用时产生的带电粒子的路径
在大多数实验中，中微子的相互作用非常罕见，足以避免混淆哪个中微子在什么时间引起了哪个相互作用
但是在参宿四超新星爆发期间，如此多的中微子如此迅速地到达可能会给数据分析带来挑战——这类似于在一片充满昆虫的草地上追踪一只萤火虫
“为了消除歧义，我们依赖光信息，一旦互动发生，我们就能迅速获得，”卡拉乔治说
结合光信号和电荷信号，研究人员可以区分每个中微子相互作用发生的时间和地点
从那里，研究人员将重建中微子的类型、味道和能量如何随时间变化
由此产生的模式可以与超新星动力学的理论模型相比较
它可以揭示仍然未知的中微子质量，或者揭示中微子之间相互作用的新方式
当然，希望参宿四变成超新星的天文学家也对恒星爆炸产生的光感兴趣
完成后，沙丘将加入超新星预警系统(SNEWS)，这是一个由世界各地的中微子探测器组成的网络，旨在当我们的银河系发生超新星爆发时自动发出警报
由于中微子不受阻碍地穿过超新星，而光的粒子不断被吸收和重新发射，直到到达表面，中微子的爆发比光早几个小时到达地球——因此有了早期预警
SNEWS从未发出过警报
尽管每年都有数百颗超新星被观测到，但最近一颗离地球足够近以至于可以探测到中微子的超新星发生在1987年，比SNEWS上线早了十多年
根据其他观察，天文学家预计我们的星系平均每个世纪会发生几次超新星爆发
“如果我们经营沙丘几十年，我们很有可能看到一个，我们可以从中提取很多科学知识，”亚历克·哈比格说，他是位于德卢斯的明尼苏达大学的物理学家，负责协调SNEWS并参与沙丘的数据采集
“所以让我们确保我们能做到
" 哈比格说，鉴于红色超级巨星的巨大半径，沙丘将在爆炸光线到达地球前12小时检测到参宿四的中微子，这给了天文学家足够的时间将望远镜对准猎户座的肩膀
对参宿四的持续观测表明，它最近的变暗是其自然可变性的标志，而不是即将发生的超新星
目前估计这颗恒星最多能活10万年
但是如果科学家运气好的话，“参宿四的爆炸将会是一个惊人的机会，”麦克德莫特说，“而沙丘将会是一个不可思议的工作机器
"
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