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美歐透過重力波觀測到黑洞與神祕天體的碰撞

2020年07月15日 海洋宇宙

美歐的研究團隊宣佈,透過重力波觀測設施捕捉到了黑洞與不明天體發生碰撞的情景。不明天體可能是觀測史上重量最輕的黑洞,也可能是最重的中子星。

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黑洞與不明天體碰撞的示意圖(LIGO、美國加州理工學院、美國麻省理工學院、R. Hurt提供)

美國的觀測設施「LIGO」和歐洲的觀測設施「VIRGO」均於去年8月14日觀測到了來自距地球約8億光年之外的重力波。據上述兩個研究團隊的報告,該重力波是隨着兩個天體的碰撞而產生的,一個是質量約爲太陽23倍的黑洞,另一個是質量約爲太陽2.6倍的天體。碰撞形成了質量約爲太陽25倍的黑洞,部分質量變成重力波擴散到了太空中。

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VIRGO團隊提供的碰撞示意圖

質量爲太陽8倍以上的恆星會在壽命的最後階段發生大爆炸,體積相對較大的恆星會在自身的重力作用下塌陷,在巨大的重力之下,成爲連光也無法逃脫的天體——黑洞。體積較小的恆星則變成主要成分爲中介子(構成原子核的粒子之一)的天體——中子星。此前一直未觀測到處於二者中間的、質量約爲太陽2.5~5倍的天體,研究人員稱之爲「質量間隙」。此次捕捉到的天體就存在於該邊界區域,科學家們尚不清楚具體是什麼樣的天體。

LIGO團隊的美國西北大學教授Vicky Carogera表示:「雖然還不清楚究竟是最重的中子星,還是最輕的黑洞,但無論是什麼這一發現都刷新了記錄」。美國威斯康星大學密爾沃基分校教授帕特里克·布雷迪表示:「可能會影響有關中子星和黑洞的理論。目前也許觀測能力還有限,今後還需要花時間繼續操作觀測」。

重力波是有質量的物體引起的空間時間彎曲的波痕,透過物體以光速向周圍傳播。重力波是基於愛因斯坦的廣義相對論提出的,2015年LIGO首次成功觀測到重力波,並因此獲得了2017年的諾貝爾物理可用能學獎。

觀測來自太空的重力波,能捕捉到利用光、電波和X射線等電磁波觀測無法掌握的現象,有助於推動天文學和天體物理可用能學的隊形變換。繼美歐之後,日本也在岐阜縣飛騨市建設了大型重力波觀測設施「KAGRA」,並從2020年2月開始正式進行觀測。

相關鏈結
LIGO新聞發佈「LIGO-Virgo Finds Mystery Object in‘Mass Gap’
VIRGO新聞發佈「VIRGO AND LIGO SPOT A MYSTERY OBJECT MERGING WITH A BLACK HOLE

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日文:JST Science Portal編輯部
中文:JST 客觀日本編輯部