引力波大突破 人類感觸宇宙重組的聲與光

10月16日，曾經因為發現引力波而獲得諾貝爾獎的科學家們宣布，人類首次探測到兩顆中子星相撞。(視頻截圖）

美國激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）10月16日宣布，今年8月探測到由雙中子星合併產生的新型引力波。這是人類首次探測到雙中子星合併產生的引力波，同時也是人類第一次同時觀測到來自同一個天文事件的引力波和電磁波。

文 _ 馬麗

在距離地球1.3億光年之遠，兩顆疲憊的中子星越走越近，在最終猛然碰撞合併的一刻，兩個舊的中子星消失了，一個新的生命誕生了，同時發出一波波的宇宙時空漣漪。這一幕，發生在地球時間今年8月17日。

美國激光干涉儀引力波天文臺（LIGO）10月16日宣布，今年8月探測到由雙中子星合併產生的新型引力波。這是人類首次探測到雙中子星合併產生的引力波，同時也是人類第一次同時觀測到來自同一個天文事件的引力波和電磁波。

在星體新舊交替的激烈互動中，其中一小部分時空漣漪在宇宙間不斷穿越，經過1.3億光年的旅行，終於到達地球。在地球一端等待的科學家，接收到儀器頻段內的引力波的局部殘痕，驚喜交加。

中子星是目前已知的最小、最緻密的恆星，是大質量恆星在演化的最後階段經過超新星爆發形成的。中子星在宇宙中多次重組，但今天的人類在沒有電磁波望遠鏡和引力波探測器之前，好比聾子和瞎子，既看不到也聽不到。

當時在加州聖克魯斯分校天文學家瑞恩．福利（Ryan Foley）領導的團隊，正在緊張的觀測這次碰撞，只見一道明亮的藍光在碰撞過程中迅速蛻變成紅色，他們立刻拍攝了快照。

「看到這道光時，你的心情會非常複雜，感到幸福、快樂、然後竟是絕望，你可以感受到整個世界之重。」他說。

10月16日，美國國家科學基金會召開新聞發布會宣布，超過70個國際天文臺參與了這個新發現，在引力波方面作出了令人興奮的新突破，獲得今年諾貝爾物理獎，並再次證實了愛因斯坦的相對論。

什麼是引力波

用通俗的方法解釋引力波，就像一個池塘中投下一枚石子所引起的漣漪，只不過，引力波是時空的漣漪。也就是說，如果宇宙中發揮劇烈變化，如恆星爆炸、黑洞碰撞，都會產生引力波。

這一研究是由美國「激光干涉引力波天文臺」（LIGO）和歐洲「處女座」（Virgo）引力波探測器領銜，與全球其他70個地面及空間望遠鏡共同完成的。

科學家的研究結果發表在《物理評論快訊》（Physical Review Letters）期刊上，由LIGO-Virgo和其他天文學家合撰的系列相關論文也已經被《天體物理雜誌快訊》（Astrophysical Journal Letters）和《自然》（Nature）期刊接受。

新型引力波的三個突破

首先，這是人類首次從中子星的合併中探測到引力波，自從2015年9月14日科學家首次探測到引力波信號以來，科學家陸陸續續探測到四次引力波信號，但都是來自兩個黑洞的合併。這次則是來自兩顆中子星的合併。兩顆中子星質量分別為太陽質量的1.1倍以及1.6倍，距離地球大約1.3億光年。

LIGO項目組成員、美利堅大學天體物理學家格雷戈里．哈里表示，此前觀測到的引力波均來自黑洞。黑洞完全由扭曲時空構成，本質上沒有物質，而中子星卻是一個切實星體，因此能深入了解核物質的行為。

其次，這次人類首次觀測到引力波及其伴隨的電磁信號，電磁波就是光。通俗的說，前四次發現的引力波都是「聽到」的，且持續時間短暫得不到一秒，而中子星合併產生的信號能持續一分鐘。這是由引力波轉化成的宇宙之聲，沒看到動力波到底什麼「模樣」。第五次發現的引力波，不僅「聽到」，還能用天文望遠鏡確實「看到」了。

再次，科學家證實了中子星合併時產生大量重元素。通過這次簡單劇烈的碰撞和重組，科學家發現這個過程中產生了大量的重元素，從今天人們佩戴的金銀，到放射性的鈾，都由此而來。

「打開一扇觀察宇宙的窗戶」

人類此次發現新型引力波具有重大意義。而中子星合併產生的信號時間長，持續一分鐘。另外中子星比黑洞質量小，產生的引力波能量更小，信號衰變時間更長。因此探測中子星合併產生的引力波信號，不僅能更精準地驗證愛因斯坦相對論對引力波的預測，還能為研究中子星起源提供更多的線索。

此外，以前天文學只能藉由電磁波進行觀測，但很多物質靠電磁波觀測是看不到的。現在測到引力波之後，可以藉由引力波觀測天體，比如黑洞、暗物質等，研究宇宙早期的結構和演化。

美國西北大學（Northwestern University）的天文學家拉爾遜（Shane Larson）表示，引力波天文觀測不是普通的天文望遠鏡觀測方法，可以為人們打開一扇觀測宇宙的窗戶。◇