利用新型望遠鏡研究超新星殘骸

嘉賓:香港大學物理學系副教授吳志勇

「大家好，我是吳志勇教授，我是港大物理學系副教授，我是一位天文學家，我主要觀測宇宙裏面比較極端的天體，譬如一些超新星爆炸的遺骸，以及脈衝星、脈衝星風雲等。  其實一般的星星，大家看見天上的星星和人類一樣有壽命，它完結後會變成另一種天體，例如太陽過多五十億年後會變成白矮星，我研究的是大質量的行星，八至十倍太陽質量的行星，它們燒光燃料之後，就會有很劇烈的超新星爆炸，剩下的可能變成黑洞或者變成脈衝星，我研究的方向主要是觀測這些超新星的遺骸，以及這些脈衝星，我會用國際上主要的太空望遠鏡，以及射電望遠鏡去觀測這些星的遺骸。 這些星的特別之處就是它們其實好細小，好像香港島這樣細小，但是質量很大，即是想像將太陽置於香港這樣細小的地方。 」

這些如此緻密的星體，對於科學家研究一些極端的重力、磁場等會有很大幫助，因為在地球上，永遠提供不到這樣極端的環境去進行物理學研究。

 「我研究的最主要範疇是看這些脈衝星上面，它們有很強的磁場，它們亦轉得很快，那麼它們會將粒子加速到很高能量，這樣在宇宙會形成所謂的宇宙射線。 宇宙射線被發現超過一百年，它們的來源是怎樣的，人們未太清楚。 目前最主流的學說，是指這些在銀河系的粒子會在脈衝星附近，以及在超新星遺骸的擊波裏面加速，它們來到地球之後形成了高能的粒子，其實對我們的生活也會有一點影響。 譬如我們常用到的碳-14年代測定法，是由於這些高能粒子不斷撞擊地球的碳-14原子，不斷產生碳14，才做到測定時間。」

 傳統天文學幾千年以來，都是觀測可見光為主，不過，最近的一百年間，已經超越了可見光，進而透過電磁波，甚至中微子等理解天體。 

「即是由射電一路到可見光、紅外、紫外、X射線、伽瑪射線都有，現時這被稱為多波段觀測，可觀察一個星體不同波段發出來的強度、能量，估計它背後的物理狀況，但新的趨勢不止多波段，除了電磁波之外，還有其他中微子、重力波等，或者宇宙射線，即是將幾個不同方向組合起來去觀測天體，它的背後有甚麼正在發生，這超越了可見光的範圍，亦超越了電磁波的範圍，有些東西是從電磁波中觀察不到的，例如中微子，現在我們已經有中微子天文台。譬如我研究的脈衝星，如果兩粒脈衝星撞在一起時，它們會產生很強的引力波，事實上現時已觀測到有幾個這樣的事件，而重要性是在於其實很多重的金屬會在這個過程中誕生，估計有大部分重的元素會在超新星爆炸的時候誕生，以及會在兩個脈衝星碰撞的時候誕生，這些都會導致很強烈的引力波，這亦都可以解釋到很多重的元素，在宇宙如何誕生，以及在地球觀測到的，例如金、銀、銅，這些重的元素是如何在宇宙中產生。」

 
未來影響天文學發展的一個重要因素，在於學者會運用到不少新型的望遠鏡。

「今後五至十年，會陸續有很多新的望遠鏡落成，最主要譬如我從事射電的方向，有一個名為平方公里列陣，具備多支望遠鏡，會在南非和澳洲分別建設多支望遠鏡，規模屬史無前例的大。它當初的計劃是收集面積達一平方公里，它會每天觀察天上星的變化。 這樣大的望遠鏡會收集到很多數據，可能一秒鐘一個terabyte (TB)，一個一TB的硬碟，一秒鐘就填滿了，這樣大量的數據究竟如何儲存和分析，是未來我們關注的趨勢，以及未來研究的課題。 現時科學家嘗試用人工智能的辦法去分析，可能只會保存有用的數據，即時篩選，否則很快就填滿硬碟，數據產生速度太快，難以保存太多。 現時新型的望遠鏡會每日觀天，看星的光度有何變化，這亦是未來的大方向，因為現在我們有這樣的儀器，有條件和運算能力，可以每晚觀天，每晚拍一張照片，然後看光度有何變化，這是屬於Time-Domain Astronomy，即是時間性的天文學。從前並不是這樣的，從前可能隔幾十年，才有人拍某個天區的一張照片，現在可以做得很頻密。」