Category Archives: 天文新聞

人類第一次直接探測到來自雙中子星合併的重力波

中子星碰撞爆炸碎片的光輝
美國激光干涉重力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory,簡稱 LIGO)等機構昨日聯合宣佈首次發現由雙中子星併合產生的重力波。這兩顆合併的中子星位於長蛇座的NGC 4993星系,距離地球一億三千萬光年。

今年8月17日香港時間20時41分,美國激光幹涉重力波天文台捕捉到這個重力波訊號。兩秒後,美國太空總署費米(Fermi)伽馬射線太空望遠鏡觀測到同一來源發出的伽馬射線暴GW170817。隨後歐洲太空總署的國際伽瑪射線天體物理實驗室(International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory,簡稱 INTEGRAL)衛星進行了後續分析,發現伽馬射線暴爆發。

美國太空總署的雨燕(Swift)衛星,哈勃太空望遠鏡,錢德拉和史匹哲(Spitzer)太空望遠鏡及數十個地面觀測站,包括美國太空總署資助的泛星(PanSTARRS)巡天計劃,捕獲了爆炸向外噴射出來碎片的光輝。

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】




日本太陽觀測衛星數據顯示微型爆炸是日冕溫度的成因

FOXSI和日出衛星觀測到太陽表面微型爆炸
日本宇宙航空研究開發機構石川真之介為首的國際硏究團隊,分析了聚焦光學X射線太陽能成像儀(Focusing Optics X-ray Solar Imager,簡稱 FOXSI-2)探測火箭對太陽活動區的X射線測量結果,他們在沒有表現出任何可見耀斑活動的區域發現了能量非常高的X射線,這是等離子體在逾一千萬開氏度的溫度下被加熱的標誌。作者總結認為這些被加熱的等離子體只可能由纖耀斑活動產生。

觀測結果為未來核光譜望遠鏡陣列X射線太空望遠鏡或FOXSI等開展更加定向化的X射線觀察任務奠定了基礎,增加對這些加熱事件的觀察次數可以讓我們更好地理解纖耀斑在加熱日冕中所發揮的作用。

【圖:日本宇宙航空研究開發機構;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《自然天文學》期刊

中國天文學家發現銀心巨分子雲中存在大量的複雜有機分子

觀測得到的乙醇醛與乙二醇分子的積分流量圖
上海天文台沈志強研究員領導的天馬望遠鏡研究團組利用上海天文台六十五米口徑的天馬望遠鏡對Sgr B2 中的乙醇醛和乙二醇分子進行了近二百小時的高靈敏度成圖觀測,發現這兩個分子在Sgr B2 中的分佈非常延展,角大小達15 角分,尺度達一百光年,其中乙醇醛分子的總質量約是地球質量的一萬倍,顯示在銀河系中心存在著極其豐富的複雜有機分子。

研究團隊發現,這兩個分子不僅僅集中在具有恆星形成活動的熱核周圍,在沒有明顯恆星形成活動的冷暗區域也具有廣泛的分佈。從冷暗區域到恆星形成區域,兩個分子的豐度有下降的趨勢。結合理論模型與實驗化學的研究結果,天馬望遠鏡的觀測結果表明,這兩種分子可能是低溫下,塵埃表面上一氧化碳分子的氫化反應形成的。銀河系中心極為複雜的物理條件,如大尺度的激波、豐富的宇宙線等,使得這些分子由塵埃表面釋放出來,變成氣相分子。這些觀測結果向我們提出一個問題:複雜有機分子是否在星際空間廣泛存在?如果是的話,這些分子將會被轉移到行星上,為生命起源提供豐富的材料。未來的紅外望遠鏡如詹姆斯韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope ),通過對塵埃成分的高靈敏度觀測,可能有助於解答這些問題。

【圖、文:節錄自中國科學院上海天文台網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文將會刊登在《天體物理學報》

中外學者發現一批宇宙大爆炸後約八億年形成的古老星系

六個星系的光譜證認
一組以中國科學技術大學王俊賢教授為首的中國、美國、智利研究團隊近期探測到一批宇宙大爆炸後約八億年的早期星系。這些科學家參加的宇宙再電離時期的萊曼阿爾法星系(reionization period of the universe Leman alpha galaxies,簡稱 LAGER)研究項目,觀測獲得了一個宇宙早期的星系候選者樣本,並發現在該宇宙年齡處,宇宙星系際彌散介質中氫的電離比例約五成。

隨後,他們使用美國卡內基天文台麥哲倫望遠鏡獲得了其中六個星系的光譜證認,確認它們為宇宙大爆炸後約八億年的星系,證認成功率達67%。LAGER項目通大天區的窄波段成像巡天,獲得了高質量的候選星系樣本。首批光譜觀測即獲得了六個光譜證認,其中兩個星系具有明顯的成團性,可能位於同一個宇宙電離氣泡。這些光譜證認星系,為研究宇宙早期的星系形成與演化奠定了基礎。

【圖、文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】研究全文刊登在已經出版的《天體物理學快報》

中國成功制造兩米自適應光學望遠鏡

自適應恆星校正效果
中國科學院長春光學精密機械與物理研究所光電探測部大口徑團隊研製的兩米口徑自適應光學望遠鏡完成組裝測試,並安裝到所內試驗塔台開始與庫德光路和自適應光學系統進行對接裝調。經過兩個月的調試,在今年7月16日順利開光。在城市環境光污染嚴重、大氣湍流強烈的條件下,利用自適應光學系統補償,望遠鏡達到了優於兩倍衍射極限的成像效果。

兩米望遠鏡主鏡採用了比剛度高、導熱係數高的碳化矽(Silicon carbide,SiC)俗稱金剛砂材料,採用高精度凝膠注模成型、無裂紋乾燥、無應力反應連接、真空燒結等關鍵核心技術與工藝,成功研製出了目前國內工程應用的最大口徑兩米單體碳化矽主鏡鏡坯。採用應力盤組合磁流變等先進加工技術,製造出面形精度優於 λ/42 的 兩米單體碳化矽反射鏡主鏡。針對碳化矽主鏡比剛度大、熱膨脹係數大的特點,主鏡採用了基於運動學(Kinematic)原理的柔性支撐系統,既可以保證輸出指定的支撐力,又可以減小溫差帶來的影響,支撐後的面形精度優於 λ/40 。為實現高帶寬精密跟踪控制,兩米望遠鏡跟踪架採用了自主研發的大接觸角雙排異徑球軸承。在國內首次使用萬牛米級無刷永磁同步力矩電機驅動,結合矢量控制技術,採用自適應結構濾波與加速度反饋相結合的先進控制策略,並採用複合軸跟踪技術,達到了對恆星 0.04角秒( RMS )的跟踪精度。研製的349單元變形鏡自適應光學系統採用多輸入多輸出實時並行數據處理技術,系統校正頻率達到了2kHz ,取得了很好的校正效果,是目前國內工程應用的最大規模自適應光學系統。

【圖、文:節錄自中國科學院長春光學精密機械與物理研究所網頁;新聞訊息由林景明提供】

小行星2012 TC4今日中午近距離掠過地球

2012 TC4 小行星軌道圖
國際天文聯會通報,2012年10月4日發現的小行星2017 BH30今日香港時間13時42分(± 1分鐘)近距離掠過地球。在最接近地球的時候,2017 BH30 與地球的距離大約為50,151公里,只有地球同步衛星軌道35,786公里距離的1.4倍。是今年至目前為止,距離我們地球表面最近的小行星。

小行星直徑估計介乎14米至30米之間。

【圖:美國太空總署噴氣推進實驗室;文:節譯自國際天文聯會網頁;;新聞訊息由劉柱光提示】



中國五百米單口徑球面射電望遠鏡發現六顆新脈衝星

測到的編號為J1859-0131脈衝星
中國五百米單口徑球面射電望遠鏡團組利用位於貴州師範大學的早期科學中心進行數據處理,探測到數十個優質脈衝星候選體,經國際合作,進行後隨觀測認證,首批認證兩顆脈衝星,一顆編號J1859-0131 (又名FP1-FAST pulsar #1 ),自轉週期為1.83 秒,據估算距離地球1.6 萬光年;一顆編號J1931-01 (又名FP2 ),自轉週期0.59 秒,據估算距離地球約4100 光年,兩顆脈衝星分別由五百米單口徑球面射電望遠鏡於今年8月22日、25 日在南天銀道面通過漂移掃描發現。根據10月10日最新消息,另有四顆脈衝星已通過國際射電天文台認證,具體參數結果還在分析中。這是中國射電望遠鏡首次發現脈衝星。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台新聞公佈】

日本成功發射引路4號準天頂導航衛星

引路4號衛星發射情況
日本宇宙航空研究開發機構與三菱重工10月10日利用一枚H2A運載火箭將引路4號準天頂導航衛星送入預定軌道,這是引路系列導航衛星的第四顆,日本將從明年4月1日開始運用這一自有衛星導航系統。

日本引路系列導航衛星被稱為準天頂衛星系統,也被稱為日本版的全球衛星定位系統。 引路1號於2010年發射升空,今年又陸續發射了引路2號和3號,至此日本初步構建了一個擁有四顆衛星的導航系統,作為美國全球衛星定位系統(GPS)的輔助應用,最小可將定位誤差降至6厘米。

目前,日本在衛星定位方面完全依賴美國GPS系統,日本政府希望建立能兼容GPS並提高定位精度的自有衛星定位系統,併計劃於明年4月1日開始運用自有的衛星導航系統,到2023年擁有7顆導航衛星,從而達到不依賴GPS系統也能實現高精度定位的目標。

【圖:互聯網;文:節錄自科學網頁;新聞訊息由林景明提供】

請按左下角「外部連結」觀看有關影片

https://www.youtube.com/watch?v=HKM1Xs0CsvE

中國天文學家利用郭守敬望遠鏡數據精確估計上百萬顆恆星的年齡

恆星年齡在銀道坐標系的分佈
國家天文台博士後研究員向茂盛等人基於郭守敬望遠鏡獲取的大量恆星光譜數據,從中遴選出了包含近百萬顆處於恆星演化主序拐點或亞巨星階段的恆星樣本,並利用作者此前構建的包含四百多萬顆恆星的大氣參數、元素豐度、消光、距離及運動學信息的郭守敬 DR4 增值星表中提供的精確恆星基本參數,結合貝葉斯分析方法,得出了這些樣本恆星的精確年齡和質量估計,其中近一半恆星的年齡精度達到20-30% 。該樣本將具有可靠年齡信息的恆星數量擴大了兩個量級以上,而且大大拓展了它們的空間覆蓋範圍;同時,這些恆星具有三維位置、三維速度、鐵元素和α 元素豐度等信息且選擇函數簡單明確,為全面揭示銀河系特別是銀盤的星族、結構、起源和演化提供了獨特和關鍵的數據。

年齡是決定恆星演化狀態的一個關鍵物理量。獲取大樣本恆星的年齡對於實現銀河系星族普查,揭示銀河繫起源及集成和演化歷史具有十分重要的意義。然而,由於缺乏記錄恆星年齡的精確時鐘,恆星年齡估計極其困難,人們只能依靠恆星演化模型,通過將觀測性質與模型進行比較的方式對恆星年齡給出粗略估計。而這需要精確的恆星基本參數(有效溫度,金屬豐度,絕對光度或表面重力加速度),而且通常只適用於那些觀測性質對年齡敏感性好的恆星類型,如主序拐點星和亞巨星。因此,儘管一些大規模測光和光譜數字巡天在過去數十年間得以開展,獲取了大量恆星的精確位置、顏色、視亮度、類型、運動學和化學性質,但是長期以來大樣本恆星的精確年齡信息依舊幾乎是空白。截止到郭守敬望遠鏡銀河系巡天實現以前,具有比較可靠(精度達30% 以上)年齡估計的(場)恆星僅有數千顆,絕大部分局限於太陽鄰域二百秒差距以內。相較於分佈在銀河係數十萬秒差距內的上千億顆恆星而言,這僅僅是九牛一毛。

利用選出的該恆星樣本,作者還發現銀盤恆星在年齡-金屬豐度和年齡-α 元素與鐵元素豐度比空間的分佈呈現出雙支序列特徵,暗示銀盤的化學增豐歷史經歷了兩個不同的過程,其中一個過程可能對應了銀河系厚盤的形成,它發生在銀河系早期且在距今八十億年以前就基本終止了,而另一個過程對應了銀河系薄盤的形成,它開始於距今八十到一百億年前,至今仍處於成長過程中。此外,作者還發現在太陽位置以外的銀盤區域,恆星年齡分佈存在顯著的邊緣增厚現象,即越往外年輕恆星越有可能出現在距離銀道面越高的區域,這將為銀盤的形成和演化模式提供強烈限制。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台網頁】 研究全文刊登在已經出版的《天體物理學雜誌增刊》