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人類並沒觀察到來自重力波源 GW 150914 的伽瑪射線

2016/6/4 — 0:15

LIGO 所觀測的合併黑洞 (記者會截圖)

LIGO 所觀測的合併黑洞 (記者會截圖)

人類並沒觀察到來自重力波源 GW 150914 的伽瑪射線

重力波是愛因斯坦 100 年前發表的廣義相對論的最後一個直接預言。經過百年科研探索,運作了廿多年的雷射光干涉重力波天文台 (LIGO) 於今年 2 月 11 號舉行了記者會,公佈了人類史上首次直接探測到重力波的證據。這名為 GW 150914 的重力波訊號,於 2015 年 9 月 14 號被 LIGO 兩座重力波天文台分別探測到,其統計重要性高達 5 個標準差。LIGO 團隊經過反覆驗證與同儕審查、排除其他可能性後,確認 GW 150914 訊號的確來自一個雙黑洞結合系統。

重力波打開了科學家觀察宇宙的另一隻窗戶。自伽利略使用望遠鏡觀察宇宙 400 多年以來,人類一直只能利用電磁波去看世界。電磁波,即是我們日常說的光。如果我們可以同時探測到來自重力波源系統所發出的電磁波,科學家就能夠得到大量訊息、加深人類對宇宙的了解。因此,由觀察不同波段的望遠鏡對 GW 150914 的方向進行的後續觀測,就非常重要。

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然而,除了費米伽瑪射線太空望遠鏡的伽瑪射線暴監察器 (Fermi GBM) 外,所有地面及太空包括由無線電、可見光、X 射線到伽瑪射線的望遠鏡,都沒有探測到任何來自 GW 150914 方向的電磁訊號。其中的國際伽瑪射線天體物理實驗 (INTEGRAL) 與 Fermi GBM 的觀測波段重疊,因此 INTEGRAL 的零訊號與 Fermi GBM 團隊聲稱的約 2 個標準差的訊號就互相矛盾。理論上,雙黑洞結合系統不太可能發出伽瑪射線,因為這些系統中的黑洞應早已把周遭所有物質清除得一乾二淨,根本沒有足夠剩餘物質以發射如此高能量的電磁波。

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有鑑於此,屬於 Fermi GBM 團體的我們幾人 (Jochen Greiner & Hoi-Fung Yu, both MPE Munich; J Michael Burgess, KTH/OKC Stockholm) 經過獨立、利用新的統計工具重新分析 GW 150914 時間前後的 Fermi GBM 數據,得出結論:此數據與常見的伽瑪射線背景無異。我們更進一步,與 INTEGRAL 團隊的 Volodymyr Savchenko (Francois Arago Centre Paris) 合作,發現經由我們的貝氏統計工具分析和電腦模擬之結果,與 INTEGRAL 的零訊號結果吻合。我們更重新分析了過去同時被 Fermi GBM 與 INTEGRAL 探測到的一些比較弱的伽瑪射線暴,發現 Fermi GBM 團隊所使用的分析方法往往高估了伽瑪射線的能量通量,而我們的貝氏統計方法卻每次都可以得出與 INTEGRAL 一致的結果。

重力波天文學將會越來越成熟,就如過去幾百年電磁波天文學的進展一樣,在未來會帶給人類非常多的數據和難題。令科學變得有趣的是解難題的過程和人類對大自然的好奇心。只有在解決問題的時候,謹記科學最重要的精神:誠實,我們的研究結果才有意義。

Fermi GBM 是非常厲害的太空望遠鏡和伽瑪射線監察器。在不久的未來,科學界有信心 LIGO 和其他相繼投入運作的重力波望遠鏡將會觀察到中子星結合系統所放出的重力波。理論預言中子星結合系統會釋放出大量伽瑪射線以及其他電磁波。讓我們靜靜地、忠於事實地期待這些大自然即將向人類揭示的謎題吧。

我們的論文預印

瑞典奧斯卡.克萊因宇宙粒子物理中心發表的新聞稿

費米伽瑪射線太空望遠鏡的伽瑪射線暴監察器

福布斯科學專欄報導:NASA's Big Mistake: LIGO's Merging Black Holes Were Invisible After All

原文刊於物理雙月刊 PSROC (Taiwan)

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