重力波:愛因斯坦的最後預言(下)——從何而來的伽瑪射線暴?

重力波:愛因斯坦的最後預言(下)——從何而來的伽瑪射線暴?
Photo Credit: thierry ehrmann, CC BY 2.0
我們想讓你知道的是

我們看到在科學裡,一個發現必定同時帶來更加多的難題。我們應該把這些新的挑戰視為進步的動力,以理性和好奇的心去欣賞大自然難解卻又美麗的奧秘。

續上文〈重力波:愛因斯坦的最後預言(中)〉

(注:重力波源 G184098 現已正式命名為 GW150914,以下將使用其新名稱。)

美國激光干涉重力波天文台(LIGO Lab)昨天(11日)宣布已在2015年9月14號09:50:45.391 UT探測到一個重力波,代號GW150914。經過計算,GW150914的統計重要性有5.1σ,達到科學界公認的「真.發現」標準。

位於路易斯安那州和華盛頓州的兩座aLIGO探測器相隔0.007秒分別獨立地錄得同一個訊號,其時間波形互相吻合。LIGO Lab科學家使用愛因斯坦方程式以超級電腦模擬得到的雙黑洞結合重力波形,亦與GW150914極為吻合。

來自於 GW150914 同一天區的微弱伽瑪射線 GW150914-GBM(綠色)。Image Credit: Connaughton et al.

來自於 GW150914 同一天區的微弱伽瑪射線 GW150914-GBM(綠色)。Image Credit: Connaughton et al.

然而,我現正工作的費米伽瑪射線太空望遠鏡伽瑪射線暴監察器(Fermi GBM)團隊,驚訝地發現在aLIGO探測到重力波 GW150914後0.4秒,即09:50:45.8 UT,Fermi GBM探測到來自天空同一區域的微弱伽瑪射線!

Fermi GBM的主要科學研究是伽瑪射線暴。伽瑪射線暴有兩種成因,其中一種就是雙星系統結合時發生的超高能量爆炸。我們發現的這來自GW150914同一天區的微弱伽瑪射線,稱為GW150914-GBM。它在時間和能譜上都與一般雙星系統結合時發生的伽瑪射線暴無異,只是其總能量輸出是以往同類錄得的十分之一。如果GW150914-GBM真的是雙星系統結合時產生的伽瑪射線暴,而且與GW150914重力波源有物理關係,那麼我們就有難題了。

為什麼?不是說GW150914重力波源是雙黑洞系統、GW150914-GBM疑似是雙星系統結合所產生的伽瑪射線暴嗎?

伽瑪射線暴的產生必須有一個重要前提:雙星系統結合後必須有物質在系統附近,因為伽瑪射線是物質發射出來的。所以造成伽瑪射線暴的雙星系統不可以是兩個黑洞,其中之一必須是中子星,或者兩個都是中子星。可是aLIGO夠探測到的是兩個黑洞結合產生的重力波,而兩個黑洞結合後是沒有物質剩下來的!因此,如果GW150914-GBM的伽瑪射線真的來自於GW150914重力波源的話,其物質從哪裡來?

Fermi GBM的這個疑似發現,現在已公開放在NASA Fermi GBM網頁上,任何人也可以 下載閱讀,並將投稿到學術期刊等待同儕審查。究竟GW150914-GBM是否真的來自GW150914重力波源的伽瑪射線暴,還是巧合地來自向一天區的伽瑪射線呢?如果是,那麼雙黑洞系統又是如何提供物質給伽瑪射線暴?這有待未來收集更多數據才可以下定 論。

我們看到在科學裡,一個發現必定同時帶來更加多的難題。我們應該把這些新的挑戰視為進步的動力,以理性和好奇的心去欣賞大自然難解卻又美麗的奧秘。

參考資料︰

本文獲授權載,原文見作者博客

責任編輯︰鄭家榆
核稿編輯︰歐嘉俊