最新科學與科技文章

Image credit: LIGO

科学家首度用引力波定位了中子星合并事件

并在过程中获得了大量前所未见的资料。

Andy Yang
2017 年 10 月 17 日, 下午 03:30
LIGO
稍早的时候,一群来自天体物理学不同领域的科学家合力在 SciencePhysical Review Letters 两部期刊上发布了一系列的论文与初步观察结果,其内容全部来自于一个发生在 8 月 17 日,极其罕见的中子星合并事件。两个高质量的天体愈靠愈近,直到最后合而为一的过程,是宇宙中最暴虐而高能的事件,然而如果合并的对象是两个黑洞的话,就不会有任何电磁波溢出(都被黑洞吸回去了),所以科学家一直在期待中子星合并事件的发生。

这次的大功臣是先前成功观测到引力波存在的 LIGO 仪器。从 2015 年 9 月以来,LIGO(和后来在意大利启用的同类仪器 VIRGO)已经观察到了四次的引力波事件,来源都是黑洞的合并。但这个第五次不一样 -- 不仅强度要强上很多,而且相较于黑洞合并事件几秒钟就结束了,这次事件持续了100 秒左右,显示这应该是个更接近地球,而且属性不太相同的事件。



通过现代网络通讯的即时性,两座 LIGO 再加上 VIRGO 很快地就利用三角定位将事件发生地锁定在天空中的一块特定的区域中,并且对全世界的天文学家发出了通知。两秒后,NASA 专职侦测伽玛线爆的 Fermi 卫星确认了在天空的同一片大致的方向有伽玛线爆发生,除了进一步协助定位之外,也为这是中子星合并事件而非黑洞合并事件提供了佐证。



然而,这类事件通常是来得快,去得也快,最重要的部份可能一下子就过去了。当晚基本上所有朝向夜空的所有望远镜都投入了找寻星体确切位置的工作,并且同时由多个望远镜确认了这个命名为 SSS17a 的星体的位置。包括哈勃太空望远镜、Chandra X 光望远镜、中国的慧眼太空望远镜、和红外线、无线电等多个频谱的地面仪器都在接下来的几晚中对 SSS17a 进行了持续的观测,完整记录了这个罕见的事件。

在所有的发现当中,最重要的一点是新元素的生成。原始的宇宙中只有氢气和氦气,通过恒星内的核融合,可以制造出最高到铁的所有元素。更高原子序的元素可以在超新星爆炸中产生,但理论中预测可以生产出来的量远少于宇宙中实际的含量,特别是金、铂等元素。如今这个事件让科学家得以通过直接观测,证实了中子星合并能大量产生重元素,解开了这一大谜团。



但解开旧谜团的同时,它也带来了新谜团 -- 主要是伽玛线爆比想像中要来得微弱,而且虽然可见光附近的电磁波很快就抵达地球,X 光却慢了 9 天,另一端的无线电波更是慢了 16 天才到达。这让天体物理学家们不得不审视已知的模型,并试图找出新的结构来解释这种奇怪的现象。



这次的中子星合并事件是人类有史以来观察最仔细,信息最丰富的宇宙偶发事件,不仅带来了大量可相互印证的资料,同时也展示了全球天文学家通力合作的威力呢。