2016年2月11日,雷射干涉重力波天文臺(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,簡稱LIGO)正式宣佈從雙黑洞融合的過程觀測到重力波存在,證實愛因斯坦百年前的猜測。
在那之后,重力波相關研究好事連連、不斷有新進展:不但陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其他黑洞合併產(chǎn)生的重力波,于2017年9月27日宣佈的最近一次(也是人類史上第四次)觀測,不僅LIGO團隊,位于義大利比薩附近的處女座干涉儀(Virgo interferometer)亦在升級后首次錄到黑洞合、并產(chǎn)生的重力波訊號──這對科學家來說是相當令人振奮的消息。原本LIGO有兩座干涉儀,加上生力軍Virgo的一座,人類將可比以前更精淮、更快速找出重力波源頭,也能對重力波的特性做更詳細的檢驗。
緊接著,2017年10月3日,諾貝爾物理學獎頒給了對重力波偵測有卓越貢獻的萊納.魏斯(Rainer Weiss)、基普.索恩(Kip Thorne),和巴瑞.巴利許 (Barry Barish)。諾貝爾馀波仍持續(xù)蕩漾的現(xiàn)在,2017年10月16日,LIGO、Virgo和全球各地的天文臺團隊聯(lián)合召開記者會宣布,發(fā)現(xiàn)雙中子星合并產(chǎn)生的重力波及電磁波!
顧名思義,中子星幾乎由中子組成,它可說是除黑洞之外最緻密的天體?;鸩窈写笮〉闹凶有俏镔|,即可重達數(shù)十億公噸!當質量比太陽大得多的恒星,進入恒星演化的最后階段,成為超新星并爆炸后,遺留下來的核心因為重力而塌縮,成為直徑約十多公里、質量卻比太陽還大的中子星。
但是,中子星合并產(chǎn)生的重力波又跟之前黑洞產(chǎn)生的重力波有何不同?
之前觀測到的重力波,起源于黑洞的融合。黑洞,它是黑的!基本上是看不到的!而且黑洞融合的過程不太會釋放電磁波(如果有,恐怕也難以偵測),所以我們僅能憑藉重力波來發(fā)現(xiàn)這類天文事件的存在。
另一方面,中子星的合并可大大不同了。中子星帶有強烈的磁場,早在1960年代,人類即已觀察到中子星產(chǎn)生的電磁波。發(fā)現(xiàn)中子星融合產(chǎn)生的重力波意味著,全球各地的天文臺可同時利用電磁波望遠鏡實際觀測這起駭人聽聞難得的天文事件。兩方對照下,將大大增進我們對重力波、中子星、和宇宙的理解。
雙中子星合并模擬。磁力線用白色表示。
這起事件,來自于長蛇座(Hydra)的NGC4993星系,距地球一億三千萬光年。中子星合併的重力波訊號,跨越了漫長的距離和時間來到地球,于2017年8月17日被人類觀測到(代號GW170817);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(qū)域,一睹這場一億三千萬年前「正在發(fā)生」的天文奇景:兩個約1.1和1.6個太陽質量的中子星互相旋繞、碰撞,最后融合成一個新的星體(尚須持續(xù)觀察以確認性質)。過程中,也產(chǎn)生了大量的重金屬和貴金屬,如黃金。事實上,宇宙中的黃金,主要便來自中子星的融合。
中子星質量比黑洞要小,重力波的強度較低、訊號持續(xù)比較久,科學家錄得一分多鐘的重力波訊號;約莫同時,費米伽瑪射線太空望遠鏡亦觀察到持續(xù)約兩秒的短伽瑪射線暴(short Gamma-ray burst),剛好跟理論預期相符──以往,雖然科學家猜測中子星融合會產(chǎn)生短伽瑪射線暴,但苦無觀測證據(jù),這下子終于等到了!不只如此,伽瑪射線之外的其他電磁波段,也能看到相應的訊號!
之前黑洞重力波的發(fā)現(xiàn),雖然是偉大的成就,但傳統(tǒng)望遠鏡卻無用武之地。這次雙中子星的合併,我們不但能在LIGO和Virgo的合作下,很好地定位出地點,還是有史以來第一次,重力波觀測能夠和傳統(tǒng)的(電磁波)望遠鏡觀測互相對照。
即使后續(xù)還有很多分析和研究工作要做,但此次中子星融合事件,無疑是天文學的另一個里程碑。隨著時代的進步,我們都見證了人類對宇宙探索踏出史無前例的一步!
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