天文圈新發現 證實中子星併合之重力波解謎黃金起源

新網記者麻念台台北特稿
2017/10/17 下午 04:17:12 / 天文地理

　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」 (Global Relay of Observatories Watching Transients Happen, GROWTH)，由美國雷射干涉儀重力波觀測台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)觀察，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。

國立中央大學天文研究所俞伯傑說明雙中子星碰撞併合之重力波，有助於解釋像黃金這類的重金屬形成。(歸鴻亭攝影)

　GROWTH團隊是由美國加州理工學院主導，利用全世界在不同時區的望遠鏡對發生瞬變現象的天體做接力觀測，以便得到完整的光變曲線。國立中央大學天文研究所俞伯傑博士表示，這次發現不但驗證了愛因斯坦廣義相對論，觀測結果揭露了地球和宇宙中大量的重金屬和稀有金屬，如黃金、銀、鉑、鈾等，就是源自中子星碰撞，未來也有助於解開宇宙中黃金形成之謎。

中央大學天文所研究團隊參與美國加州理工學院主導的「全球瞬變現象聯測網」，發現的結果有助於解開宇宙中黃金形成之謎。(歸鴻亭攝影)

　俞伯傑說明，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團隊在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4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，在今年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編號NGC4993可能星系，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。

由中子星合併所產生的重力波編號GW170817事件中，確認這是由兩個中子星碰撞合併所產生的重力波事件。(中央大學天文所提供)

　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，因此例如黃金這樣的重金屬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，估計這次雙中子星碰撞事件在短短1秒鐘內就產生50個地球質量的銀、100個地球質量的黃金及500個地球質量的鉑金（白金），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。