LIGO和Virgo首次探测由中子星相撞产生的重力波 解开50年以来有关伽玛射线暴如何产生的疑团 中大是唯一参与LIGO研究工作的香港院校

激光干涉仪重力波观测站 (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory ，简称LIGO)及 处女座重力波团队 (The Virgo Collaboration ，简称Virgo)宣布其探测器共同观测到由中子星激烈相撞而产生的重力波及光。这是首次同时探测到重力波及光的天文现象。有关今次发现(简称GW170817)的论文已被《物理评论快报》接纳并于香港时间昨天(10月16日)晚上十时发表。 

是次发现由位于美国的LIGO、位于欧洲的Virgo探测器，以及约70个地面和太空的观测站所发现。

中子星是由大质量超新星爆炸所形成，为现时所知、最小和密度最高的星体。当中子星互相盘旋时，它们释放的重力波可被探测到的时间约为100秒；当中子星相撞时，它们会以伽玛射线的形式把光释放出来，并于地球上比重力波迟2秒才可看到。此现象发生后的数周内，科学家亦探测到其他形式的光或电磁波，包括X光、紫外光、可见光、红外线和无线电。

是次观测给予天文学家一个前所未有的机会来探索中子星相撞的现象。例如美国双子星天文台(U.S.​ ​Gemini​ ​Observatory）、​欧洲极大望远镜(​European Very​ ​Large​ ​Telescope）和哈勃太空望远镜(​​Hubble​ ​Space​ ​Telescope)的观测结果显示有包括金和铂的物质在是次过程中形成的迹象，解决了一个长达50年的疑团—比铁更重的元素(约占全部元素的一半)的来源。

香港中文大学（中大）是唯一参与LIGO研究工作的香港院校，研究团队由中大物理系助理教授 黎冠峰教授 领导。 黎冠峰教授 表示：「能够利用多种不同的仪器捕捉到这个罕见的天文现象绝对是一件了不起的事情。这见证了LIGO-Virgo团队​ ​（LIGO​-Virgo ​​Collaboration）已经与天文界建立了​密切的关系，令科学家能更有效地分享资讯和作出应对。我对我的团队及他们于是次探测付出的努力引以为傲。我们亦藉此次发现研究基本物理，例如广义相对论和超高密度物质的特性。以我所知，过去未曾有人能够预见像这次多信使天文学的壮观例子。」

黎教授续说:「今次发现亦突显出天文学家之间团队合作的重要性。我们和本地的天文学家曾讨论集合不同天文团队的长处，向同一个目标进发。这次发现亦带来了一个良好的契机，我希望今次发现能再次引起社会大众对于追求天文学和科学知识的渴求。」

一个星际标志

是次重力波讯号是于美国东部夏令时间(Eastern​ ​Daylight​ ​Time) 8月17日早上8时41分(香港时间当天晚上8时41分)由一对分别位于路易斯安那州列文斯顿(Livingston,​ ​Louisiana)和华盛顿州汉福德(Hanford,​ ​Washington)的LIGO探测器探测到。而第三个位于意大利邻近比薩的Virgo探测器亦提供了资料，有助科学家为此天文现象定位。当时，由于要进行先进激光干涉仪重力波观测站(Advanced​ ​LIGO）的升级工程，LIGO已将近结束其第二次观测运作；而Virgo则刚开展自升级至先进处女座探测器(Advanced​ ​Virgo)后的首次运作。

在8月17日，LIGO的实时数据分析软件在其中一个LIGO探测器中捕捉到一个由太空传来的强烈重力波讯号。差不多同一时间，在美国太空总署(NASA)的费米伽玛射线空间望远镜(Fermi​ ​space​ ​telescope，简称费米)上的伽玛射线暴监视系统(​Gamma-ray​ ​Burst Monitor)亦探测到伽玛射线暴。LIGO-Vigro的分析软件对比两个讯号，得出这两个讯号偶然同时发生的机会极微的结论，而另一个LIGO的自动分析亦指出另一个LIGO探测器亦录得一致的重力波讯号。LIGO-Virgo团队频繁探测到重力波讯号，再加上费米的伽玛射线探测，让全球的望远镜能够跟进是次天文现象。

LIGO的数据显示是次事件中的两个距离地球相对较近，距离约为1.3亿光年的天文物体相互旋进。此次的物体并不如LIGO和Virgo之前所探测到的双黑洞般拥有庞大质量，相反，科学家估算该旋进的物体之质量范围约为1.1至1.6倍太阳质量，处于中子星的质量范围内。一个中子星的直径约为20公里(12英里)，其密度之高从一汤匙份量的中子星物料便等同约一亿公吨的质量中可见一斑。

理论学家预计当中子星相撞时，它们会释放出重力波和伽玛射线，其强大的喷射物亦会释放出横跨电磁波谱的光。在费米探测到伽玛射线暴后不久，欧洲太空总署的伽玛射线观测站INTEGRAL(European​ ​Space​ ​Agency’s​ ​gamma-ray​ ​observatory​ ​INTEGRAL)亦确认了一个短伽玛射线暴；这个新观测站确认了最少有部份短伽玛射线暴是由中子星合并所产生—在此之前，这仅仅只是一纸理论。

两个中子星在相撞的一瞬间，它们的主体合并成为一个超高密度的物体，并释放出伽玛射线「火球(fireball)」。是次初步测量到伽玛射线以及成功探测到重力波，亦证实了由爱因斯坦所提出的广义相对论中的预言重力波是以光速传播。

理论学家预计在最初的火球发生后，将会产生一个名为「千新星(kilonova)」的现象﹕中子星相撞后残留下来的物质开始相撞、发光、被吹离相撞的地区、最后远离于太空中。最新以光为基础的观测显示了比较重的元素，例如铅和金是于这些相撞中产生，并随后分布在整个宇宙中。

世界各地的望远镜将会在未来数个月继续观测中子星合并的余辉，进一步收集合并各阶段、其与四周环境的相互作用、以及产生宇宙中最重的元素的过程之实证。

激光干涉仪重力波观测站 (LIGO)

LIGO由美国国家科学基金会(NSF)斥巨资资助，并由加州理工学院和麻省理工学院构思、建造及操作。完成升级后的Advanced LIGO由美国国家科学基金会与德国Max Planck Society、英国Science and Technology Facilities Council及澳洲Australian Research Council全力支持。

LIGO科学合作组集合逾1,200名来自世界各地的科学家，当中包括GEO合作组的成员。其他合作伙伴资料可参阅以下连结： http://ligo.org/partners.php

处女座重力波团队 (The Virgo Collaboration)

Virgo团队由多于280名来自二十个不同的欧洲研究团队的物理学家及工程师组成。当中包括法国的Centre National de la Recherche Scientifique(CNRS)、意大利的Istituto Nazionale di Fisica Nucleare(INFN)、荷兰的Nikhef、匈牙利的MTA Wigner RCP、波兰的POLGRAW小组、西班牙的瓦伦西亚大学(the University of Valencia)及邻近意大利比萨的欧洲重力波天文台(European Gravitational Observatory）。