当一颗大质量恒星以超新星的形式结束生命时，它会释放出巨大的能量。然而，我们通过望远镜观测到的光和爆炸威力，仅占其总能量的 1%。其余 99% 的能量都以几乎无法探测的中微子形式“隐身”了。这种能量的绝大部分流失，源于恒星核心在引力作用下塌缩时发生的“电子俘获”过程，该过程将质子和电子转变为中子和中微子，而后者几乎携带了所有的动能，并畅通无阻地逃离恒星。1987年观测到的超新星 SN 1987A，其光信号抵达地球前数小时，我们便探测到了来自它的中微子，这为上述理论提供了确凿的证据。
恒星内部的角力
每颗恒星的内部都在进行一场持续的斗争，主要涉及两种基本力量：
- 引力： 这种力量将恒星的所有物质向内拉，试图使其向中心塌缩。
- 压力： 这种力量向外推，抵抗引力的挤压，维持恒星的稳定。
一个常见的误解是，抵抗引力的主要是核聚变产生的辐射压力。实际上，在像太阳这样的大多数恒星中，起决定性作用的是气体压力。恒星内部的“气体”是一种由自由电子和原子核组成的等离子体，正是这些粒子的动能产生了抵抗引力的巨大压力。
从核聚变到核心塌缩
恒星的核心是其核聚变反应的工厂。在其生命的大部分时间里，恒星通过将氢融合成氦来产生能量。当核心的氢燃料耗尽时，会发生以下一系列变化：
- 核心收缩： 没有了聚变产生的向外推力，核心在引力作用下开始收缩并升温。
- 新元素聚变： 如果恒星质量足够大，温度会升高到足以点燃氦聚变，生成碳。
- 聚变阶梯： 这个过程会继续下去，依次点燃碳、氖、氧和硅的聚变，直到核心最终被元素周期表中最稳定的元素填满，例如铁、镍和钴。
此时，核心无法再通过核聚变产生能量，为灾难性的塌缩埋下了伏笔。
能量“窃贼”：电子俘获与中微子
当恒星核心充满铁元素时，核聚变停止，引力最终取得了胜利。核心开始急剧收缩，密度和温度飙升。在这种极端环境下，一个关键的粒子物理过程被触发：电子俘获。
- 过程： 核心中的质子和电子被强行挤压在一起，转变为中子和中微子。
- 后果： 这个过程是灾难性的。之前提供气体压力来抵抗引力的电子消失了，导致核心塌缩的速度急剧加快。
在短短几秒钟内，一个行星大小的核心会塌缩成一个直径仅有十几公里的中子球。这个过程释放出海量的中微子。
正如物理学家铃木英之所写：“中微子与其他粒子的相互作用路径要长得多。因此，中微子携带能量并驱动核心的演化。”
99% 的能量去哪了？
当我们计算恒星塌缩所需的物理能量与我们从超新星观测到的光和动能时，会发现一个巨大的差异：观测到的能量仅为理论总能量的 1%。
答案就在中微子。根据物理学定律，当一个反应同时产生一个重粒子（中子）和一个轻粒子（中微子）时，为了同时保持能量和动量守恒，几乎所有的动能都会被轻粒子带走。
由于中微子几乎不与物质相互作用——需要大约一光年厚的铅才能有 50% 的机会挡住一个中微子——它们在产生后便立即从超新星核心中高速逃逸，带走了 99% 的总能量。
- 可见能量（光、爆炸等）： 约 10⁴⁴ 焦耳。
- 中微子带走的能量： 约 10⁴⁶ 焦耳，是前者的 100 倍。
决定性的证据：SN 1987A
理论需要通过观测来验证。1987年，一个绝佳的机会出现了，当时一颗位于大麦哲伦星云（一个邻近星系）的恒星爆发为超新星，即 SN 1987A。
最引人注目的发现是：在望远镜观测到超新星发出的光之前大约四个小时，地球上的多个探测器捕捉到了一批来自该方向的中微子。
这一发现证实了：
- 核心塌缩和中微子的产生发生在可见的爆炸之前。
- 通过计算探测到的中微子数量和能量，科学家们发现，其携带的总能量恰好与理论预测的“丢失的”99% 相符。
如今，随着 Hyper-Kamiokande 和冰立方中微子天文台等更先进的设施建成，如果银河系内再次发生超新星爆发，我们将能探测到数以百万计的中微子，从而获得关于宇宙中最剧烈事件之一的空前详细信息。