雙中子星并合不僅產(chǎn)生引力波，還產(chǎn)生電磁波，因此雙中子星并合可以被引力波探測設(shè)備“聽”到，還可以被天文望遠(yuǎn)鏡“看”到。 這兩天，包括紫金山天文臺和美國宇航局在內(nèi)，全球竟有數(shù)十家天文研究機(jī)構(gòu)聯(lián)合宣布，將在北京時(shí)間16號晚上10點(diǎn)，也就是昨晚10點(diǎn)，宣布一個(gè)重大消息，內(nèi)容保密。
這次“引力波大新聞”亮點(diǎn)之一是中國的紫金山天文臺南極天文中心能夠跟美國宇航局聯(lián)合發(fā)布。 到底是什么大發(fā)現(xiàn)，讓世界各地的天文研究機(jī)構(gòu)都發(fā)出“預(yù)警”，還都神秘地“守口如瓶”？ 北京時(shí)間10月16日晚上10點(diǎn)，謎底揭開：
▲10月16日，多國科學(xué)家宣布人類第一次探測到雙中子星并合引力波，并同時(shí)“看到”該宇宙事件發(fā)出的電磁信號。圖片顯示，中子星并合過程中光譜信號變化證實(shí)，宇宙金、鉑等超鐵元素的主要起源。 ━━━━━ 這次中子星引力波為何引起天文界震動？ 引力波是由黑洞、中子星等碰撞產(chǎn)生的一種時(shí)空漣漪，宛如石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋。1916年，愛因斯坦廣義相對論預(yù)言了引力波的存在，但直到2015年人類才首次探測到引力波。 《自然》文章稱，與此前LIGO探測到的雙黑洞并合引力波不同，雙中子星并合不僅產(chǎn)生引力波，還產(chǎn)生電磁波，因此雙中子星并合可以被引力波探測設(shè)備“聽”到，還可以被天文望遠(yuǎn)鏡“看”到。此外，雙黑洞并合引力波一般持續(xù)1秒甚至更短時(shí)間，而雙中子星并合引力波可持續(xù)1分鐘之久。 首先，第一次探測到雙中子星合并。 LIGO項(xiàng)目組成員、美利堅(jiān)大學(xué)天體物理學(xué)家格雷戈里·哈里告訴記者，此前觀測到的引力波均來自黑洞。黑洞完全由扭曲時(shí)空構(gòu)成，而中子星卻是一個(gè)切實(shí)星體，觀測兩個(gè)中子星合并與觀測兩個(gè)原子核合并“并沒有什么不同”，因此能深入了解核物質(zhì)的行為。 哈里說，中子星引力波可以用來直接測量到引力波源頭的距離，而相應(yīng)的電磁信號給出了速度，由此可用來校準(zhǔn)宇宙膨脹速度，從而進(jìn)一步回答宇宙從哪里來、又往哪里去等重大問題。 其次，第一次同時(shí)觀測到來自同一個(gè)天文事件的引力波和電磁波。 通過X光、紫外、可見光、紅外及射電波的觀測，使得確認(rèn)宿主星系成為可能。這一事件展示了引力波與電磁波等不同研究團(tuán)隊(duì)之間開展合作的重要性，也標(biāo)志著多信使天文學(xué)跨入新時(shí)代。 “我想說的是，這是第一次我們既能‘看到’也能‘聽到’一個(gè)天文事件，這些不同的‘感官’體驗(yàn)將能給我們很多信息，”哈里說，“引力波天文學(xué)才剛剛開始，隨著21世紀(jì)科技向前發(fā)展，我們可以期待引力波觀測將為宇宙學(xué)、天文學(xué)、天體物理學(xué)、核物理學(xué)和引力學(xué)以及其他領(lǐng)域帶來更多見解?！?/p> 第三，地面紅外望遠(yuǎn)鏡探測到了中子俘獲過程，從而第一次提供確鑿證據(jù)證實(shí)中子星合并就是宇宙金、鉑等超鐵元素的主要起源，而之前天文學(xué)家只是推測。 南非夸祖魯-納塔爾大學(xué)的引力波研究專家馬寅哲在發(fā)給記者的電子郵件中開玩笑說：“如果有人問戴金戒指的女性朋友，她的金戒指從哪兒來？她應(yīng)該說，這是從銀河系中的合并中子星那里產(chǎn)生的?！?/p> 引力波示意圖 ━━━━━ 發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波的意義？ 南京大學(xué)與加州伯克利分校天體物理學(xué)博士研究生王善欽表示，自2015年首次探測到引力波以來，探測到的引力波事件都是黑洞-黑洞并合，沒有令人信服的電磁波對應(yīng)物被探測到。這次雙中子星并合產(chǎn)生的引力波首次實(shí)現(xiàn)了引力波與電磁波各波段聯(lián)合觀測。也就是說，在以后天文觀測中，可通過引力波、電磁波、高能宇宙線、中微子中的兩個(gè)或者多個(gè)進(jìn)行聯(lián)合觀測。 “這有助于更全面了解天文現(xiàn)象發(fā)生的全貌。單獨(dú)觀測引力波，只能知道伽馬射線暴之前發(fā)生了什么；單獨(dú)觀測伽馬射線，只能知道伽馬射線暴之后發(fā)生了什么。多信使觀測，可以給我們一個(gè)完整的事件過程。”中國科學(xué)院國家天文臺、西澳大學(xué)國際射電天文研究中心在讀博士劉博洋說。 ━━━━━ 該天文事件對“日?！鄙畹挠绊懀?/span> 雙中子星并合引力波的發(fā)現(xiàn)對全球天文學(xué)界來說是一次狂歡，其對我們的日常生活有哪些影響呢？
“就像兩個(gè)雞蛋碰撞，蛋清和蛋黃會掉出來，掉出來的同時(shí)會發(fā)生一些物理過程，這會產(chǎn)生大量的金元素?！眲⒉┭笥猛ㄋ椎恼Z言解釋了這一現(xiàn)象。 “中子星合并是宇宙的‘巨型黃金制造廠’，借助引力波探究中子星，可以讓人類窺見金、銀等超鐵元素，是如何在宇宙‘盛大焰火’中產(chǎn)生的?！?/strong>中科院紫金山天文臺副研究員金志平參加的國際團(tuán)隊(duì)，通過引力波光學(xué)信號的觀測和光譜分析確定，中子星合并確實(shí)是宇宙中金銀等超鐵元素的主要起源地。 ━━━━━ 中國慧眼衛(wèi)星做出重要貢獻(xiàn) 引力波事件發(fā)生時(shí)僅有4臺X射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測到爆發(fā)天區(qū)，我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——“慧眼”HXMT望遠(yuǎn)鏡便是其中之一，我國還以合作組形式加入報(bào)告本次歷史性發(fā)現(xiàn)的論文（即發(fā)現(xiàn)論文）。該論文已于10月16日正式發(fā)表。 因?yàn)榇舜我Σㄊ录哂袠O為重要的意義，天文學(xué)家使用了大量地面和空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，形成了一場天文學(xué)歷史上極為罕見的全球規(guī)模的聯(lián)合觀測。我國設(shè)在南極點(diǎn)冰穹A（也是我國第三個(gè)南極科學(xué)考察站）的“南極巡天望遠(yuǎn)鏡”在這次科學(xué)觀測中發(fā)揮了重要作用。 中國為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機(jī)制做出了重要貢獻(xiàn)，我國科研人員還借助引力波光譜解開了宇宙中金、銀等超鐵元素的產(chǎn)生之謎。 “慧眼”望遠(yuǎn)鏡的探測結(jié)果。對本次引力波事件產(chǎn)生的高能電磁對應(yīng)體，即編號為GRB170817A的伽馬暴，及其先兆和延展輻射在MeV能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的上限約束。 ━━━━━ 中國在引力波電磁對應(yīng)體的探測研究上或達(dá)國際領(lǐng)先水平 值得注意的是，“慧眼”望遠(yuǎn)鏡本來的設(shè)計(jì)目標(biāo)是探測黑洞和中子星等銀河系內(nèi)的X射線天體，研究極端引力場條件下的物理規(guī)律。 “慧眼”衛(wèi)星由國家國防科技工業(yè)局和中國科學(xué)院聯(lián)合資助建造，于2017年6月15日從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，開始為期5個(gè)月的試運(yùn)行。中科院高能物理研究所（粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）負(fù)責(zé)望遠(yuǎn)鏡觀測運(yùn)行以及數(shù)據(jù)處理。參與本次引力波事件觀測時(shí)，“慧眼”望遠(yuǎn)鏡剛剛試運(yùn)行2個(gè)月。試運(yùn)行結(jié)束后“慧眼”望遠(yuǎn)鏡將開始正式的科學(xué)觀測，同時(shí)繼續(xù)監(jiān)測研究引力波閃。 此外，在LIGO合作組2016年宣布探測到引力波之后，發(fā)現(xiàn)引力波事件的電磁對應(yīng)體便成為最重要的天體物理問題之一。在“慧眼”望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)基礎(chǔ)之上，中國科學(xué)院高能物理研究所提出了專門探測引力波閃的引力波高能電磁對應(yīng)體全天監(jiān)測器項(xiàng)目（GECAM），并將其命名為“閃電”。 熊少林說：“目前，在中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃的支持下， “閃電”項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及方案設(shè)計(jì)的大部分工作已經(jīng)完成。如果立即立項(xiàng)，可以在2020年前發(fā)射升空，從而趕上與最佳靈敏度的LIGO和Virgo等引力波探測器進(jìn)行聯(lián)合觀測，并與“慧眼”望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合獲得寬能區(qū)范圍內(nèi)引力波閃的性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)最大的科學(xué)產(chǎn)出，使我國在引力波電磁對應(yīng)體的探測研究上達(dá)到國際領(lǐng)先水平?！?/strong> ━━━━━ 拓展閱讀 引力波大事記
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