恒星的最后时刻：三维模拟超新星爆炸

三维模拟正在解决一个有50年历史的问题：是什么让大质量恒星在其死后爆炸？

半个多世纪以来，物理学家们一直怀疑，中微子在恒星核心中诞生，其产生的热量可造成爆炸，后者在一秒钟内辐射的能量比该恒星整个生命周期中所产生的能量还要多。爆炸的过程是如此复杂，以致于计算机难以模拟其原理。

现在，随着原始计算能力（raw computing power）的提高，以及恒星物理学研究对细节的捕捉，Janka首次成功模拟了最常见类型的超新星爆炸的三维模型。仅仅几个月后，美国橡树岭国家实验室用质量更重、更复杂的恒星，重复了这一壮举。这个领域现在正热火朝天，目前有超过6个团队正在研究三维恒星爆炸。

三维模型仍处于起步阶段，而且差异很大；模拟的恒星有时仍无法爆炸。银河系之外的恒星爆炸是一种常见的景象，但天文学家们想在我们自己的“后院”看到一个近距离的恒星爆炸。每一个世纪预计会发生一两次爆炸，下一次爆炸随时都可能发生。来自模拟的预测不仅可以帮助天文学家调整他们的仪器以最好地捕捉真实的爆炸，而且它们也将是理解数据的关键。

真正的考验是这些模拟的爆炸是否真的与自然界中的类似。这些模型对超新星形状、能量和化学过程的预测，之后可以与真正的恒星爆炸的外层以及剩余核心的运动进行比较。

然而，研究恒星表面的光线，只能提供有关爆炸的有限信息。Couch说，“这就像去皮肤科医生那里询问你的心脏”。中微子和引力波能够相对不受阻碍地通过物质，可以让天文学家看到恒星内部的深处。

通过中微子探测超新星的价值是如此之大，以至于升级IceCube中微子探测器每次只能对探测器的一部分进行，这样IceCube就不会错过某个“千载难逢”的事件。Janka说，“没有人能告诉你（超新星爆炸）什么时候会发生，所以你必须时刻保持警惕”。

美国加州理工学院的Sarah Gossan表示，模拟可以帮助科学家在噪音中找到微弱的信号，并破译其中包含的信息；观察结果可以提示模拟结果，反之亦然。

参考文献：Nature 2018;556:287-289