NASA將聯合世界各大天文台發布重大訊息 網友:外星人來了?

TOP10排行榜網訊 日前,NASA發布了一條訊息稱,將與聯合世界各大天文台在台北時間2019年10月16日晚,發布一則重達訊息。訊息一出立即炸開了鍋,網友紛紛猜測到底要公布希么?

比如:

星球大戰?

三體出現?地球藥丸?

外星人來了?

但更多專業天文網友猜測可能是要發布跟引力波相關的事情和最新發現。本網會第一時間為大家更新最新訊息,敬請關注。

NASA要公布希么?

其實要發布的內容早就在NASA微博中公布出來了,那就是關於引力波的最新發現。

NASA將聯合世界各大天文台發布重大訊息 網友:外星人來了?

以下是台北時間2019年10月16日22:00公布內容

全世界望遠鏡共同見證雙子星合併

LIGO執行主任大衛·萊茲(David Reitze)宣布,雷射干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)於2019年8月17日首次發現了一種前所未有的新型引力波事件!由兩個質量分別為1.15和1.6個太陽質量的雙中子星併合所產生,根據探測日期確定編號為GW170817,距離我們1.3億光年。此外,在全世界眾多天文學家及探測設備的協同努力之下,還發現了該引力波事件的電磁對應體。

主要發現:千新星、短伽瑪暴暴、兩個中子星併合

這些觀測對這一災變性事件提供了從併合前約100秒到併合後數星期的全面描述,最終證實了科學家的很多猜想:NGC4993星系中的兩個中子星併合,產生了引力波、短伽瑪暴暴和千新星。

雙中子星鏇近,最終合併產生千新星的過程

雙中子星鏇近,最終合併產生千新星的過程

NASA將聯合世界各大天文台發布重大訊息 網友:外星人來了?

​(左)歐南台幾個不同望遠鏡看到引力波源對應的光學圖像。(右)哈勃望遠鏡在不同時間觀測到的圖像。

發布會提到的,這次探測到的引力波是由雙中子星合併而產生,之前公布的4例引力波事件都是由雙黑洞所產生。二者之間最大的差別就在於,雙中子星合併會產生電磁波輻射,而對於黑洞而言,我們通常認為不會產生,這一點也得到了觀測上的驗證。

是什麼原因導致了此種差別呢?通常而言,按照天體物理輻射的理論要求,要產生電磁輻射,天體周圍必須要有氣體的存在。對於黑洞系統而言,儘管在最初產生時,黑洞周圍可能有很多氣體,然而在漫長的演化過程當中,如果沒有更多氣體來源的話,在黑洞合併的最後階段,氣體已消耗完畢,所以無法產生電磁輻射,只能產生擾動時空的引力波——就像科學家前4次探測到的那樣。

在雙中子星合併之前,周圍的氣體很可能也已消耗完畢。然而,合併過程當中會有部分物質以接近光速或遠低於光速的速度被拋射出去,從而產生我們看到的各種電磁現象——短時標伽馬射線暴(簡稱伽瑪暴)、伽瑪暴餘輝和千新星。接近光速運動的物質產生了費米衛星看到的伽瑪暴,而低速運動的物質產生了千新星,被很多的光學/紅外望遠鏡捕捉到。

等等,短時標伽馬射線暴、伽瑪暴餘輝和千新星都是什麼?讓我們一一說來。

簡單來說,伽瑪暴是天空中某一個方向伽馬射線輻射突然增亮的現象,可以說是宇宙間自大爆炸之後最為劇烈的天體爆發現象。20世紀90年代初,康普頓伽馬射線天文台在觀測到上千個伽瑪暴之後做了一個簡單統計,按照它們持續時間的長短分為兩大類:一類是爆發時間長於2秒的長時標伽瑪暴,另一類是爆發時標短於2秒的短時標伽瑪暴。後經深入研究發現,這兩種伽瑪暴的產生起源完全不同。

根據目前的理解,無論是大質量恆星坍縮形成的長時標伽瑪暴,還是雙緻密星產生的短時標伽瑪暴,儘管中心天體會有差別(或者是黑洞,或者是轉動極快的磁星),伽瑪暴的產生機制以及之後的演化都可以用一個被稱為“火球”模型(fireball model)的理論來解釋。在這個理論中,中心天體會在一段時間內,產生相對持續的極端相對論噴流,這就意味著,這些噴出物質會以接近光速速度,沿著天體的轉軸方向向外運動。因為噴射出去的物質之間存在著速度上的微小差別,導致它們彼此發生碰撞,將自身運動的動能轉化為氣體粒子的熱能,而後在磁場作用下產生我們所看到的高能輻射,也就是早期的伽馬射線,這就很好地解釋了我們所看到的伽瑪暴。大質量恆星產生的噴流時間長,雙中子星合併產生的噴流時間短,從而導致了我們觀測上的差別。

雙子星合併
雙子星合併

這些星體周圍存在著星際氣體介質,噴流物質在停止相互碰撞之後會繼續向外運動,與周圍的氣體介質發生相互作用,把自身運動的能量傳遞給周圍的星際氣體,星際氣體被加熱從而產生較強的輻射,這就是所謂的伽瑪暴餘輝。它的能譜(energy spectrum)波段會從X射線一直延伸到射電波段。在一定程度上,餘輝的強弱與周圍星際氣體的密度相關,密度更高,餘輝也就更亮。

此次與引力波相關的伽瑪暴屬於短時標伽瑪暴,因為費米衛星觀測到的爆發時標為0.7秒。除此之外,無論是引力波的結果還是電磁波的觀測擬合結果,也都和雙中子星合併的預期相一致。例如,引力波波形的擬合告訴了我們中子星的質量,與中子星的質量範圍一致。

在雙中子星合併的過程當中,有大約1/1000到1/100左右太陽質量的物質沿各個方向被拋射出去,形狀近似於一個球體。這些拋射出去的物質通過快中子俘獲過程產生大量的重元素。這些元素很不穩定,能夠快速衰變,產生輻射加熱拋射物,從而使其發出明亮的可見光以及近紅外輻射,其亮度通常會達到千倍的新星級別,故被稱為“千新星”。因為這個千新星距離地球很近,所以非常明亮,是之前探測到的短時標伽瑪暴距離的十分之一。

此次引力波現象發生在南天的長蛇座,北天的望遠鏡很難看到,所以中國的大多數望遠鏡沒能進行觀測,比如剛剛建成的FAST以及很多光學望遠鏡(雲南麗江的2.4米望遠鏡和國家天文台興隆觀測站的2.16米光學望遠鏡等)。

不過幸運的是,中國有兩台望遠鏡參與了此次觀測,一個是位於南極Dome A的50厘米的南極光學巡天望遠鏡(AST3),項目的負責人是紫金山天文台的王力帆研究員。在引力波源信息發布的約一天后,AST3望遠鏡開展了對於這個目標源的觀測。而當時南極的冬天也剛剛過去,目標天體的地平高度較低,受於太陽的限制,每天差不多有2個小時左右的觀測時間。此望遠鏡最終進行了10天的觀測,最終得到了目標天體的光變曲線,與巨新星理論預測高度吻合。

另外一個參與觀測的是硬X射線調製空間望遠鏡(又名慧眼)。在觀測訊息發布時,事件剛好在其觀測範圍之內,不過很遺憾的是,儘管慧眼是此能段內靈敏度最高的觀測設備,但是未能在0.2-5 MeV的能段內探測到任何電磁信號,這很可能與此伽瑪暴並非完全正對我們有關。

這是人類歷史上第一次同時探測到引力波及其電磁對應體,將成為引力波天文學上另外一個非常重要的里程碑。此次探測為我們解答了一些疑惑,同時也提出了更多問題,與歷史上所有天文發現一樣,是人類好奇心的勝利與新起點。在多信使引力波天文學時代的帷幕由此拉開之後,我們相信,在人類團結協作的力量之下,更多的宇宙奧秘將被一一揭曉。

據了解,此次發布重達訊息的天文台在全球範圍內有數十家天文機構,大約70個天文台的科學家代表們,機構包括中國的南京紫金山天文台、清華大學LIGO工作組,以及歐洲南方天文台、澳大利亞OzGrav團隊。

此次發布會將在華盛頓特區的國家記者俱樂部舉行兩場新聞發布會,公布引力波探測中的新發現和細節。

其實小編髮現,NASA也學會了周一見。不過科學發現總是讓人振奮期待,讓我們一起看看NASA將公布希么驚人發現吧。