奇異恆星激起時空漣漪？真相何在？

插圖顯示，兩顆即將相撞的中子星在相互靠近時產生了時空漣漪。插圖：NASABy Nadia Drake　　本周，美國天文學會第16屆年會的高能天體物理學分會上，學者們的討論炸開了鍋。他們都在等待兩顆死亡恆星之間可能爆炸的報告。如果傳言屬實，那麼，科學家們或許已經檢測到了兩顆中子星融合時產生的時空漣漪。　　這些漣漪，名為引力波。2015年，LIGO（激光干涉引力波天文台）科學合作組織曾首次直接檢測到了引力波。那次發現的天文事件，連同被證實的另外兩次，都是兩個黑洞相碰撞時產生的。　　這次，天文學家可能檢測到了兩顆恆星相互碰撞並最終融合時產生的引力波。似乎這次融合在宇宙中留下了經久不衰的印跡，許多科研團隊都在競相使用地球上最先進的儀器進行觀測。　　今天，LIGO團隊和歐洲處女座干涉儀天文台團隊宣布最近一次尋找時空漣漪的觀測結束，並只宣布他們發現了一些「有前景的引力波候選對象」。我們只能等待這兩個團隊在核查並確認數據之後宣布最終結果。　　與此同時，LIGO觀測到恆星死亡最終階段的這一可能性，讓我們不禁發問：我們對中子星究竟了解多少？為什麼我們要關注它們？中子星到底是什麼？　　顧名思義，中子星幾乎全部由中子構成（中子是不帶電的亞原子粒子）。當那些比太陽的體積、亮度都大得多的恆星耗盡熱核燃料，並發生劇烈的超新星爆發之後，便會形成中子星。恆星的外層被炸到太空當中，其內核向內塌縮，並形成一個球體。這個球體與舊金山市大小相似，但質量起碼與我們的太陽相同。這類恆星自轉的速度非常快，是除了黑洞之外密度最大的天體：一塊方糖大小就重約10億噸。哇哦，聽起來像是吹牛。　　對頭。還有更奇異的。　　之所以說中子星是死的，是因為它們的內核里不再熔融元素，因此也不會像太陽一樣發光。但是它們也並不死寂。中子星的磁場比地球磁場強10的15次方倍，其引力比地球引力強約1000億倍。換言之，如果你想完好無損，你絕對不想靠近這玩意兒。如果它們不發光，我們是怎麼看到它們的？　　其實，方法有好幾種。中子星，為天文學上最著名發現之一奠定了基礎。50年前的這個月，當時的研究生Jocelyn Bell Burnell觀測到天空中一個平常的點發出的電波脈衝。這個持續的脈衝周期均勻，讓當時的人們猜測可能是外星人在發送信息。　　後來發現是一顆中子星在搗鬼。當某些中子星自轉時，會發出電磁輻射聚焦束。當這些聚焦束抵達地球時，就會形成電磁波脈衝。最終，這類中子星被人們稱作脈衝星。除了電磁波，由於中子星的表面極熱，高達100萬度左右，因此，它還會發出X射線。為什麼我們要關注這些緻密的死星？　　天文學家研究這種怪異的天體，是為了驗證物理學上某些非常基礎的理論。簡單來說，相互碰撞的中子星或許是宇宙中的「珠寶商」，它們創造了一些金子之類的貴金屬。　　據美國加州大學聖克魯茲分校的Enrico Ramirez-Ruiz稱，貴金屬形成的過程如下：碰撞的中子星釋放出的中子流迅速與周圍的任何重核結合，最終形成比鐵更重的元素，如金、銀和鉑。這一過程被稱作快速中子俘獲過程（或r過程）。中子星融合和超新星爆發過程中都會出現r過程，不過，現在的科學家認為，中子星融合時的「迴旋舞」是宇宙中金元素的主要來源。中子星單次撞擊產生的金元素就與木星的質量相當。這些金屬是怎麼到達地球，又到我手中的？　　Ramirez-Ruiz稱，中子星融合過程中產生的貴金屬，最終會像餅乾中的巧克力條一樣分散在宇宙中。如果另一顆恆星恰巧在這些「巧克力條」附近生成，那麼，貴金屬就會融入誕生新恆星的氣團，進而進入恆星及其行星當中。　　由於最早期的地球曾是一團瑟瑟發抖的、融化的物質，其最初的金原子都沉入了內核。之後，撞擊地球的小行星又帶來了金子，將這種珍貴而又閃閃發光的東西撒在了地殼上。好吧。那麼，為什麼我們要在乎能不能實際看到中子星碰撞？　　原因之一在於，它們究竟是不是宇宙中的「珠寶商」，這一點還有些爭議。儘管物理原理說得通，但是，存在已久的一個理論認為，宇宙中大多數金子都是超新星創造的。　　如果我們真的看到中子星的碰撞過程，將有助於平息這場爭論，因為r過程應該是可被觀測的。科學家可以使用紅外望遠鏡，如美國宇航局的斯皮策太空望遠鏡，觀測碰撞過程，尋找元素形成的跡象。觀測中子星融合，還有可能知曉融合後會形成什麼樣的天體。碰撞可能會產生一個黑洞，甚至產生由某些奇怪物質形態構成的一類短命恆星。為什麼我們會認為LIGO已經觀測到了碰撞過程？　　無需花太多時間去關注流言，現有已公開的（間接）證據已經表明，LIGO團隊已經探測到了一個引力波信號。該信號可以用不同的電磁波長觀測到，而這恰好是中子星融合時應該出現的現象。　　從上周開始，地球上及地球之外的許多望遠鏡都迅速轉向8月17日NGC4993星系傳過來的一次短暫的伽馬射線爆發。這次伽馬射線爆發的編號為GRB170817A，也恰好是兩顆中子星碰撞後應該出現的現象。 　　哈勃太空望遠鏡和錢德拉X射線天文台的觀測使用記錄，清晰地表明，它們被人用於探測引力波與GRB170817A伽馬射線爆發。歐洲南方天文台的幾架望遠鏡也在朝著同一點觀測。　　但是，在正式宣布之前，LIGO團隊應該是想盡量確定這個引力波信號是真實的，並確定這次的引力波和伽馬射線爆發都來自同一個天體。這需要花些時間。　　LIGO團隊的發言人、來自麻省理工的David Shoemaker說：「我們真的想有機會弄懂我們所收集的數據，並確保我們對所公布的消息有信心。此時此刻若發布更多信息，很有可能需要在未來幾周進行撤回或修正。我們將儘力儘快地努力！」（譯者：mikegao）
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