新的研究表明，坍縮恒星可能成為揭示隱藏中微子行為的天然實驗室，這可能對黑洞和中子星的誕生產生影響。中微子是宇宙中最令人費解的粒子之一。它們幾乎沒有質量，極其難以捉摸，很少與任何物質發生相互作用，然而，它們在遠大于太陽的恒星的生命周期中卻扮演著至關重要的角色。這些亞原子粒子已知有三種類型——電子、μ子和τ子——盡管經過數十年的研究，它們的許多行為仍然鮮為人知。

由于中微子相互作用非常弱，在實驗室條件下幾乎不可能使它們發生碰撞。因此，科學家們至今仍不清楚它們是否遵循粒子物理標準模型所定義的相互作用規則，還是進行著理論上中微子獨有的“秘密”相互作用。

在一項新的研究中，中微子、核天體物理和對稱性網絡 (N3AS) 的研究人員（包括來自加州大學圣地亞哥分校的成員）使用理論模型證明，生命最后階段的大質量恒星可能自然地為研究這些相互作用提供了完美的環境。

當這些恒星坍縮時，中微子會帶走熱能，導致恒星進一步收縮。這種收縮使恒星內部的電子加速到接近光速，使恒星走向不穩定，最終坍縮。

左圖：當中微子通過標準模型相互作用發生散射時，大質量恒星坍縮的核心相對較冷，中微子大多都帶有電子味。在這種情況下，我們可能會經歷超新星爆炸，通常會留下中子星殘骸。右圖：如果中微子與自身存在“秘密”相互作用，那么電子中微子可以轉化為所有味。這會導致快速加熱、原子核“熔化”以及大多數質子快速轉化為中子。我們可能會得到一個黑洞，而不是中子星殘骸。目前尚不清楚我們是否會經歷超新星爆炸。圖片來源：喬治·富勒實驗室/加州大學圣地亞哥分校

最終，坍縮恒星的密度變得如此之高，以至于中微子被捕獲并相互碰撞。在純粹的標準模型相互作用下，中微子將主要具有電子味，物質將相對“冷”，坍縮很可能留下中子星殘余。然而，改變中微子味的秘密相互作用徹底改變了這種情況，產生了各種味的中微子，并導致主要由中子組成的“熱”核心，這可能導致黑洞殘余。

費米國家加速器實驗室即將進行的深層地下中微子實驗（DUNE）可能能夠驗證這些想法，未來對坍縮恒星產生的中微子或引力波的觀測也可能能夠驗證這些想法。

編譯自/scitechdaily