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天文物理大突破!中子星碰撞重力波看到了

天文物理取得重大突破。美國、歐洲和中國的科學家16日宣布首度觀測到兩個高密度中子星激烈碰撞產生的重力波和光,再次驗證大科學家愛因斯坦廣義相對論中重力波以光速傳播的預言,也有助於人類了解黃金這類貴金屬的來源。

這兩個中子星是距離地球約1億3000萬光年之處產生碰撞,設在華盛頓州與路易斯安那州的雷射干涉重力波天文台(LIGO)以及義大利的處女座干涉儀(Virgo)在今年8月17日首度觀測到這次碰撞產生的重力波。

大約兩秒鐘後,位於地球和位於太空中的天文觀測站又偵測到以伽瑪射線形式傳來的光,分析顯示可能來自相同來源。

科學家表示,這些重要的觀測結果解決了一些存在已久的謎題,揭露了地球與宇宙其他地方重金屬的來源,也破解了衛星偵測到神秘輻射爆發脈衝的來源。

科學家指出,中子星碰撞是宇宙的「巨型黃金製造廠」,借助重力波探究中子星,可以讓人類窺見金、銀等超鐵元素,是如何在宇宙「盛大焰火」中產生的。

美國的LIGO與全球70個天文台16日在華府國家記者俱樂部舉行記者會,宣布這次新的重力波發現。科學家去年首次發現兩個黑洞相撞產生的重力波,此次新觀察到的重力波,則由兩顆中子星相撞產生。這次發現是物理學家首次能在可見光下,直接觀測到重力波。來自加州理工學院物理學家、LIGO執行主任瑞茲(David Reitze)在記者會中形容這次碰撞是「宇宙中最炫麗的一次超級煙火秀」。

新發現將為物理界提供一種研究宇宙、解開暗能量等謎團的新途徑,包括了解黃金、白金、鈾從何而來。科學家指出,重力波為人類打開一扇觀測宇宙、了解黑洞和中子星等神秘天體的新大門。了解這些天文現象,將有助人類理解宇宙的起源。

美聯社報導,最新發現的中子星碰撞,噴發出亮藍色高熱殘骸,密度極高且很不穩定。這些殘骸部分形成重元素,如金、白金和鈾。科學家過去就認為這類碰撞可產生足夠能量創造較重的元素,但直到實際觀測到才得以確認。

創建LIGO的三位天文物理學家剛因他們發現重力波的貢獻,獲得2017年諾貝爾物理學獎,三人分別是85歲的魏斯、77歲的索恩和81歲的巴利許。

LIGO天文台為全球最大的重力波觀測天文台,之前已記錄了四次由劇烈爆炸產生的重力波。四次的重力波均是黑洞相撞產生。

第五次發現重力波「GW170814」是美國的LIGO物理實驗團隊與歐洲處女座(Virgo)干涉儀天文台的合作成果。雙方合作提高探測敏感度後,兩周內就發現中子星碰撞產生的重力波。

黑洞產生的重力波無法在可見光波段進行觀測 ,但中子星相撞會釋出可見光。科學家將望遠鏡對準位於長蛇座中一處名為NGC 4993的星系,距地球約1億3000萬光年,進行觀測。此一星系中有兩顆成對的中子星,科學家從它們的相撞,發現新型的重力波。

參與這次觀測的美國LIGO物理學家沙頓(Patrick Sutton)說:「非常明顯,宇宙中的重元素有很大部分,也許一半,也許更多,確實是在發生這類碰撞時產生。」義大利Virgo物理學家瑪西亞.布蘭奇西(Marica Branchesi)在記者會表示這是眾多極為猛烈碰撞的其中一次,很幸運被偵測到。

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公里的中子星質量就略勝太陽,輻射和密度都極高,上面的一小塊物質重量就有如聖母峰。

先前就有理論指出,這樣兩個星體合在一起,將在時空中產生名為重力波的漣漪,還會出現高能輻射的閃光,稱為伽瑪射線爆發。

卡地夫大學(Cardiff University)物理與天文學院的專家沙夏普拉卡希(Bangalore Sathyaprakash)說:「這次事件象徵觀測天文學的轉捩點,將促成珍貴的科學研究成果。」

LIGO執行主任瑞茲,16日在華府國家俱樂部記者會上與多國共同宣布「看到」碰撞後...
LIGO執行主任瑞茲,16日在華府國家俱樂部記者會上與多國共同宣布「看到」碰撞後的重力波。美聯社
 
義大利處女座Virgo物理學家布蘭奇西,16日在華府國家俱樂部記者會上與多國共同...
義大利處女座Virgo物理學家布蘭奇西,16日在華府國家俱樂部記者會上與多國共同宣布「看到」碰撞後的重力波。歐新社
 
科學家首度觀測到中子星碰撞產生的重力波,位置在圖中距離地球1.3億光年的NGC ...
科學家首度觀測到中子星碰撞產生的重力波,位置在圖中距離地球1.3億光年的NGC 4993星系,美國國家科學基金所屬科學家筆下兩顆中子星碰撞的景象。(Getty Images) 魏碧洲

新聞來源網址:https://udn.com/news/story/6812/2762026

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