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宇宙裡的街頭霸王-重力波天文學

   2015年9月14日,這是人類首次透過地面上的雷射干涉儀,偵測到來自13億光年遠的重力波事件。它是由兩個大質量黑洞,分別為29個太陽質量與36個太陽質量,經過長時間的互繞、旋轉,最終合併所產生出的重力波傳遞。

 

  問題來了,什麼是重力波? 它代表的又是什麼樣的意義? 在實際天文學的發展中,佔有什麼樣的地位?

 

  在20世紀之前,天體運行的法則,完全由牛頓創建的重力理論所主宰,任何有質量的物體,都會受到彼此的吸引,並且和其質量大小成正比,距離的平方成反比。但1915年愛因斯坦提出了不一樣的觀點,他認為~重力只是時空彎曲的表現,並且在其著名的上帝方程式中,推論出重力波的存在。

 

  根據愛因斯坦的想法,重力波是時空本身的擾動,就如同平靜的水面,當我們投入一顆小石頭後,整個水面就會充滿漣漪,並向外傳遞,重力波亦是如此。當時空中存在一個變化的質量,如同我們投入水面的小石頭,其周遭的時空(水面)就會受到擾動,而這個受到擾動的時空則會不斷地向外傳遞,並且以光速進行。只是當初連愛因斯坦本人也認為,這樣的擾動非常微弱,以當時的儀器靈敏度來說,應該是測不出來的,也因此,許多科學家懷疑重力波存在的真實性。

 

  過往,我們都是利用電磁波來探測宇宙裡的大小事,從無線電波、紅外線、可見光、紫外線、X-ray到Gamma ray。現在我們則是有新的探索工具了—重力波。試想,宇宙在38億歲之前,光子尚未由高溫的氣體中分離出來,我們可以透過宇宙初始重力波的偵測(最初的量子起伏受到暴漲的拉扯與放大),來提升對於宇宙創生的理解,那便是更上一層樓了。

圖一、兩個互相環繞的重物產生時空的漣漪(Credit: LIGO Lab)

圖一: 兩個互相環繞的重物產生時空的漣漪

圖片來源:(Credit: LIGO Lab)