人類首次 中央天文所參與偵測到中子星合併產生重力波

中央大學,天文所,中子星,重力波
探高計畫(TANGO)主持人中央大學葉永烜教授(右),台灣參與GROWTH 計畫主持人饒兆聰教授(中),俞伯傑博士(左)。(中央大學提供)

中央大學天文所透過科技部補助,參與美國加州理工學院主導之「全球瞬變現象聯測網(Global Relay of Observatories Watching Transients Happen, GROWTH)」,而GROWTH對LIGO所偵測到之重力波結果加以確認來源之研究成果,則為人類首次之發現!

中央大學,天文所,中子星,重力波
位於夏威夷的泛星計畫(Pan-STARRS)望遠鏡所拍攝的星系NGC4993可見光影像。白色圓圈為中子星合併發生的地點。(中央大學提供)

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探高計畫(TANGO)主持人中央大學葉永烜教授(右),台灣參與GROWTH 計畫主持人饒兆聰教授(後),俞伯傑博士(前)。(中央大學提供)

本次發現不但驗證了愛因斯坦廣義相對論,未來也有助於解開宇宙中黃金形成之謎。這項重要成果也刊載在最新一期的國際頂尖期刊《科學》(Science)上。

全球瞬變現象聯測網 (GROWTH)是由美國加州理工學院主導,全球共8個國家包含美國、日本、德國、英國、瑞典、以色列、印度及台灣共14個研究所(含18座天文台)組成的團隊。我國則以科技部計畫補助下之葉永烜院士、饒兆聰教授和俞伯傑博士及鹿林天文台4所組成之團隊,藉由科技部長期補助之探高計畫 (TANGO)及參與臺美雙邊PIRE國際合作計畫機會加入GROWTH,以此投入國際天文合作研究。此次成果亦使鹿林天文台再次躍入國際聯測研究舞台。

百年前愛因斯坦的廣義相對論早就預測了重力波存在,但是偵測極為困難,只有當極度緻密的天體,例如黑洞、中子星等天體合併才發出足夠的訊號。2017年諾貝爾物理獎頒發給萊納·魏斯(Rainer Weiss)、基普·索恩(Kip Thorn)以及巴瑞·巴利許(Barry Barish),表彰他們設計建造重力波偵測器LIGO以及人類首次偵測到重力波的成就。

LIGO團隊於2015年9月14號首次探測到由兩個黑洞合併所產生的重力波,之後陸續觀測到合計四次因黑洞合併所產生的重力波,驗證了愛因斯坦廣義相對論的預測。然而,由於前幾次重力波事件只有美國LIGO偵測器進行觀測,對於重力波源的定位能力有限,無法得知重力波源自哪一個星系。

由於歐洲重力波Virgo偵測器的加入觀測,在本(2017)年8月17日LIGO首次偵測到由中子星合併所產生的重力波(編號GW170817)事件中,位於智利Las Campanas天文台因此標定重力波來源之可能星系(編號NGC4993),並發現一個可能的光學對應體。於是GROWTH團隊以其全球聯測網,在往後兩個星期利用全球各波段的望遠鏡,包含可見光,紅外,無線電,及X射線波段,對其做後續追蹤觀測,以觀測結果與中子星合併理論模型進行比較後,發現GW170817重力波與LIGO前幾次因黑洞合併造成的重力波事件不同,依此確認這是由兩個中子星碰撞合併所產生的重力波事件。

由於現今的超新星爆炸理論無法解釋宇宙中重金屬的形成,因此重金屬(例如黃金)的形成過程還是個謎題。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(r-process)」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。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。

關鍵字: 中央大學天文所中子星重力波
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