宇宙中的黃金是從這裡來

中子星碰撞產生的重金屬
天文學家首度觀察到重力波的光學對應體,這項劃時代的觀測是由兩顆中子星合併所造成,並發出了短伽瑪射線暴(gamma-ray burst)!先前天文學家就一直預測會有這樣的事件發生,並將之稱為「千倍新星」(kilonova),這會使金、鉑(白金)這類的重金屬散佈到宇宙之中。

這是天文學家首度觀測到來自同一事件的重力波和光(電磁輻射),在2017年8月17日美國的激光干涉儀重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,簡稱 LIGO)與義大利的Virgo干涉儀,同時偵測到第五度的重力波事件GW170817,在兩秒鐘之後,美國太空總署的費米伽瑪射線太空望遠鏡(Fermi Gamma-ray Space Telescope)和歐洲太空總署的INTEGRAL(INTErnational Gamma Ray Astrophysics Laboratory)伽瑪射線觀測衛星,也觀測到來自同一天區的短伽瑪射線暴。

重力波是大質量物體移動所產生的時空漣漪,但只有非常大質量天體的速度快速變化才有辦法偵測到。中子星是大質量恆星在超新星爆發後,塌縮核心所產生的緻密天體。而中子星合併是目前短伽瑪射線暴成因的最佳解釋,這樣的事件會產生比傳統新星亮度還要亮一千倍以上的「千倍新星」爆發。

超過三十年前,天文學家就預測了中子星合併產生千倍新星的可能性。但一直要到這次同時偵測到來自GW17081的重力波和伽瑪射線,才首度證實千倍新星確實存在。在兩顆中子星合併之後,快速爆炸膨脹的放射性重元素,讓千倍新星以五分之一光速的高速移動。在接下來的幾天中,這顆千倍新星的顏色從極藍變為極紅,如此快速的顏色變化是先前所觀察到的恆星爆發從未有的現象。

ePESSTO和甚大望遠鏡(Very Large Telescope)的X-射手(X-shooter)儀器所得到的光譜顯示,這個合併的中子星拋出了銫(Caesium)和碲(Tellurium)。中子星合併後所產生的千倍新星爆發,將合併時所產生的銫、碲和其他重元素拋向太空。這表示比鐵還要更重的元素,是在高密度天體的一種稱為「r-過程核合成」(r-process nucleosynthesis)的核反應中所產生的,這項過程過去只存在於理論之中。

這次的觀測和理論非常符合,可以說是理論物理學家的大勝利,此外天文學家也收集到了大量千倍新星觀測資料,這項新發現開啟了天文學的另一個新時代!

【圖、文:節錄自台北天文館之網路天文館網頁】




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