宇宙中的黃金從這來──首度觀察中子星合併發出引力波！

發布單位：台北市立天文科學教育館

　　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、鉑這類的重金屬散布到宇宙中。相關研究發布在《自然》（Nature）等多本科學期刊。

信用：ESO / L. 人行道/ M. Kornmesser

　　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日美國的雷射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，美國航太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。

信用：LIGO /處女座/ NASA / Leo Singer / Axel Mellinger

　　LIGO–Virgo的觀測顯示，重力波源位在南天，但範圍大約有數百個滿月那麼大，在這麼大的天區里可是有好幾百萬顆恆星。當時正是智利的夜晚，因此有好幾個位在智利的大望遠鏡都同時轉向此一天區，搜尋是否有新的天體出現。包含了歐南天文台（ESO）的可見光及紅外線天文巡天望遠鏡（Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy，簡稱VISTA）、帕瑞納天文台（Paranal Observatory）的甚大望遠鏡巡天望遠鏡（VLT Survey Telescope，簡稱VST）、義大利位在ESO拉西拉天文台（La Silla Observatory）的快眼裝置望遠鏡（Rapid Eye Mount，簡稱REM），以及美國位於托洛洛山泛美天文台（Cerro Tololo Inter-American Observatory，簡稱CTIO）的暗能量相機（Dark Energy Camera，簡稱DECam）。其中Swope一米望遠鏡率先宣布在長蛇座的透鏡狀星系NGC 4993附近找到新的光源，VISTA也幾乎在同一時間在此區域偵測到紅外線光源。隨著夜幕逐漸往西邊降臨，夏威夷的泛星望遠鏡（Pan-STARRS，台灣有參與此一望遠鏡計畫）和昴望遠鏡（Subaru Telescope）也觀測到此一光源迅速變化的情形。

信用：ESO

　　歐南天文台馬上發起了「機會目標」（target of opportunity）的觀測計畫，在接下來的數星期時間內，全世界有約70個天文台──包括歐南天文台的超大望遠鏡（Very Large Telescope，簡稱VLT）、新科技望遠鏡（New Technology Telescope）、甚大望遠鏡巡天望遠鏡、MPG/ESO的2.2米望遠鏡、阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列（Atacama Large Millimeter/submillimeter Array，簡稱ALMA，台灣有參與此一望遠鏡計畫）、美國航太總署／歐洲太空總署的哈伯太空望遠鏡（Hubble Space Telescope）──都以各個波段對這個天體進行觀測。

信用：LIGO-Virgo

　　從重力波和其他的觀測資料顯示，GW170817和NGC 4993與我們的距離相同，約為1億3000萬光年，這是目前所觀測到離我們最近的重力波，也是最近的伽瑪射線暴之一。

　　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1000倍以上的「千倍新星」爆發。

信用：華威大學/馬克·加利克

　　超過30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。

信用：ESO / E。片/ S。Smartt＆ePESSTO / N。坦維爾/ VIN-ROUGE

　　「當我在電腦螢幕上看到這個天體的光譜時，我就知道這是先前未曾見過的瞬變天體，」負責領導延伸公眾光譜瞬變天體巡天計畫（extended Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Objects ，簡稱ePESSTO）中歐南天文台新科技望遠鏡觀測的史蒂芬．史馬特（Stephen Smartt）表示，「我從來沒有看過這樣的東西，我們和其他科學家團隊的資料顯示，這不是顆超新星，也不是前景中的變星，而是一顆非常特別的天體。」

　　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和碲。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！

資料來源：https://www.eso.org/public/news/eso1733/ ,編譯：胡佳伶