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天文圈轰动了!LIGO 证实首侦测中子星并合之重力波,解谜黄金起源

2024-11-23 207

不是谣言!历经两个月时间审查数据,美国激光干涉仪重力波观测台(LIGO)终于证实人类首度侦测到由双中子星并合引发的重力波,该事件命名为“GW170817”,继去年人类首度侦测到第一个重力波证实爱因斯坦的理论后,天文界再度为之疯狂,因为此次事件还同时带来三大证实:元素周期表中重金属(如金、铂)的来源、伽玛射线暴的起源,以及被称为 kilonova(台湾尚未有统一翻译,暂称千级星)的起源。

今年 8 月,有天文学家在个人推特“意外”抛出 LIGO 可能观察到由双中子星碰撞释放的重力波讯号。由于两名天文学家随后立刻推文道歉,说他们不该在数据未证实前以个人名义发出这些消息,因此整个天文界对此“谣言”的真实度是既期待又怕受伤。当时科学家表示,如果谣言属实,将是人类又一项划时代的荣耀,标志引力波天文学新时代的降临。

现在,LIGO 向全球 70 多个天文台发出邀请函,于星期一(16 日)发表会终于证实了这个重磅消息,人类真的首度侦测到由双中子星并合释放的重力波了,来自距离地球约 1.34 亿光年的“NGC 4993”星系!花了 10 年时间准备、以八万分之一概率目睹来自 1 亿多年前的超致密双中子星暴力融合、勘称宇宙最壮观现象之一的事件,直接参与研究的天文学家几乎都要发出“这一生值得了”的感叹。对他们而言,这大概就是所谓“梦想成真”的感觉。

2017 年 8 月 17 日,LIGO 两个探测仪接收到一个持续约 100 秒的讯号,远远超过黑洞合并时产生仅 1 秒钟的“啁啾”声;同一天,欧洲先进处女座干涉仪(Virgo)也获得了讯号,而 NASA 的费米伽玛射线太空望远镜(Fermi Gamma-ray Space Telescope)更在重力波讯号传来后 2 秒,于相同方位发现一大波伽玛射线暴(GRB)──宇宙中最高能的电磁波源。

很快,全球各地合作的天文台望远镜都醒了,包括台湾也有透过“TANGO 探高计划”和“全球联测网”参与此次分析。台湾中央大学天文研究所副教授饶兆聪 17 日受访时表示,70 个天文台(侦测各种光源波段的望远镜)纷纷朝发出重力波来源的天空投入检测竞赛,看谁可以先侦测到光源位置,包括卡内基天文台、双子星天文台在内等,最后,由位于智利的一米望远镜抢头香,发现重力波光学对应物体位于星系 NGC 4993。

饶兆聪说,由于这次重力波源位在南方天空,北半球天文台相对弱势,但特别的是,此次居然是一架小小一米望远镜立功,代表台湾的鹿林天文台未来也有很大机会能发光发热。

和两两黑洞并合引发的重力波不同,由于中子星具高度活力,重力波碰撞后除了引发重力波外,还会释放出比典型新星还要亮 1,000 倍的光芒,此天文现象称为千级星。无数后续研究表明,除了释放大量光,两个中子星合并的过程还产生“快中子捕获过程”以形成比铁更重的元素,比如黄金、铀等。事实上,根据 Business Insider 报导,科学家估计这次双中子星碰撞事件在短短 1 秒钟就产生了 50 个地球质量的银、100 个地球质量的黄金,以及 500 个地球质量的铂金(俗称白金)。

(Source:LIGO)

这次事件之所以如此重大,是因为科学家还确认了元素周期表中重金属的起源。我们知道较轻的元素氢、氦于宇宙大爆炸期间形成,铁之前的轻元素可透过核融合过程形成,但重金属的起源一直不清楚,直到此次观察双中子星碰撞,哈佛-史密森天体物理中心(CfA)天文学教授 Edo Berger 在一份声明指出,每次双中子星合并,都可以产生地球的贵重金属如黄金、白金以及智能手机中罕见的元素。

当然,此次“GW170817”事件只是天文学新时代的开端,未来科学家将能依此深入研究宇宙扩张的速度。如同数学家阿基米德在发现浮力原理时,高声欢呼“我找到了(eureka)!”那一刻的心情。论文撰写学者表示,计算结果出炉的当下,他们仿佛也体会到人生这种“eureka”时刻。

▲ LIGO 至今共检测到 5 次重力波,其中第 5 次为双中子星合并的重力波。(Source:LIGO)

  • First Detection of Gravitational Waves from Neutron-Star Crash Marks New Era of Astronomy
  • Neutron star smashup seen for first time, ‘transforms’ understanding of Universe
  • What are neutron stars?
  • Merging neutron stars generate gravitational waves and a celestial light show

首图来源:(StrikeWhistler 影片截图)

延伸阅读:

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  • 人类首度发现双中子星碰撞重力波?官方不予置评
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2019-03-17 10:31:00

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