【影音】愛因斯坦百年前預測,中子星合併重力波第一次「被看見」

【影音】愛因斯坦百年前預測,中子星合併重力波第一次「被看見」
Photo Credit: caltech Youtube
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LIGO科學家2015年9月首度觀測到重力波,先前4次都是出自黑洞的碰撞,這次是第5次、卻是首次觀測到中子星碰撞融合所產生的重力波光線,同時也確認了地球上金鉑等重元素的來源。

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美國激光干涉重力波天文台(LIGO)和義大利室女座干涉儀(Virgo)今(17)日興奮地公布,歷經2個月的分析,證實今(2017)年8月首度偵測到2顆中子星碰撞產生出來的重力波和光。這項發現不僅驗證愛因斯坦百年前的預言,也揭露了宇宙中大多數的黃金、白金、水銀和其他重元素究竟來自何處。

2017年8月17日,2個分別位於美國華盛頓州與路易斯安那州的天文觀測儀,接收到來自1億3,000萬光年外,來自長蛇座(Hydra)2顆中子星合併產生的重力波。約莫2秒鐘之後,美國航太總署(NASA)的費米伽瑪射線太空望遠鏡(FGST)也偵測到同一來源的短伽瑪射線爆(short gamma-ray burst)。

LIGO研究團隊隨即通知世界各地天文台,在數小時內,多達70個天文台陸續把天文望遠鏡對準兩顆中子星所處的天區,以觀測它們合併後所產生的光和輻射。

貝爾法斯特女王大學教授史蒂芬·史馬特(Stephen Smartt)當時正率領團隊在智利一個天文望遠鏡做研究,他表示:「當LIGO傳來消息,整個團隊把手頭的工作都放下,把望遠鏡調至那個天區。這是我們前所未見的現象。」

之前只能聽聲音,科學家第一次偵測出重力波光線

LIGO科學家2015年9月首度觀測到重力波,先前4次都是出自黑洞的碰撞,黑洞不會釋出任何光線,這些重力波事件「只能聽、不能看」。 這次是第5次、卻是首次觀測到中子星碰撞融合所產生的重力波光線。

8月偵測到的2顆中子星合併,產生了強烈的伽馬射線、X射線、可見光和紅外光,還有大量重元素,這也解答了金和鉑金的來源。

質量超高中子星,碰撞後能釋放大量「宇宙黃金」

中子星是已知的星體中,最小但密度最高的,直徑大約只有10多公里,但一茶匙的中子星質量已達10億噸重。

《中央社》報導指出,中子星是巨大的恆星燃料耗盡後,爆炸和死亡剩下的壓縮核心。直徑約20公里的中子星質量略勝太陽,輻射和密度都極高,上面的一小塊物質重量就有如聖母峰。

《泛科學》報導,中子星合併的重力波訊號,在2017年8月17日首次被人類觀測到;沒多久,全球許多望遠鏡,包括哈伯太空望遠鏡,紛紛將鏡頭指向這個區域,一睹這場一億三千萬年前「正在發生」的天文奇景:2個約1.1和1.6個太陽質量的中子星互相旋繞、碰撞,最後融合成一個新的星體(尚須持續觀察以確認性質)。過程中,也產生了大量的重金屬和貴金屬,像是黃金。

LIGO科學家安德里亞斯·福雷斯(Andreas Freise)表示:「中子星是星體轉化成黑洞的中間階段。當兩顆中子星相撞,我們預期,它們會在瞬間成為黑洞,餘下一點微塵。」

「這也是首次確認,重元素如金、鉑、鈾的來源,就是來自雙中子星合併。你手上載著的金戒指或手錶,很可能是來百億年前的兩顆中子星。」

物理學家愛因斯坦在百多年前《廣義相對論》預言了重力波的存在,但是偵測極為困難,只有黑洞、中子星等天體合併才發出足夠的訊號,科學家在2015年9月,才首次觀測到重力波,3名美國科學家今年因此獲得諾貝爾物理獎。

偵測中子星波,中央大學也在計畫之中

而台灣中央大學天文所研究團隊在科技部計畫補助下,參與美國加州理工學院主導的「全球瞬變現象聯測網(GROWTH),由中研院院士葉永烜、中大天文所教授饒兆聰、俞伯傑博士及鹿林天文台4所組成團隊,投入這次國際天文合作。

《蘋果日報》報導,俞伯傑分析,現今超新星爆炸理論無法解釋宇宙中重金屬的形成,包括黃金等重金屬的形成過程還是個謎,而新的理論認為在中子星合併的過程會產生「快中子捕獲過程」,形成比鐵更重的元素,而有助於解釋像黃金這類的重金屬形成。報導指出,這次偵測到中子星合併所產生的重力波與後續的多波段觀測,將成為重力波天文學的先導,並有助於人類解開宇宙中的重金屬形成的謎題。

LIGO也慷慨的分享了這次的研究成果,以下是LIGO有關重力波研究的發布會和講座:

核稿編輯:楊之瑜

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