【博科園-科學(xué)科普】大約1.3億年前在一個(gè)遙遠(yuǎn)的星系中兩顆中子星合并相撞。災(zāi)難性的撞擊產(chǎn)生了引力波，在空間和時(shí)間的結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生了漣漪。這一事件是現(xiàn)在激光干涉引力波天文臺(LIGO)和處女座（Virgo）合作的第5次引力波觀測，也是第一次探測到的不是兩個(gè)黑洞的合并碰撞產(chǎn)生的引力波。
模擬圖描繪了兩顆合并的中子星，窄波束表示伽馬射線暴，而漣漪的時(shí)空網(wǎng)格則代表了合并的特征的各向同性引力波。從合并恒星噴射出的漩渦狀物質(zhì)是在較低能量下看到的光的可能來源。圖片版權(quán)：National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet
但是這個(gè)被稱為kilonova的事件除引力波外也產(chǎn)生了別的東西——光，橫跨多個(gè)波長（由于黑洞的特殊性黑洞合并僅產(chǎn)生引力波無其他光學(xué)信號）。
這也是歷史上第一次通過引力波首次觀測到天文現(xiàn)象，然后用望遠(yuǎn)鏡觀測到。在一個(gè)令人難以置信的協(xié)同努力中，超過3500名天文學(xué)家在世界各地70多個(gè)望遠(yuǎn)鏡上使用100個(gè)儀器，并與LIGO和處女座（Virgo）的物理學(xué)家合作。所有這些觀測結(jié)果比部分總和還要大，我們現(xiàn)在正在學(xué)習(xí)宇宙的物理學(xué)，以一種前所未有的方式，探索關(guān)于世界所組成的元素。
kilonova的觀察，圖片：P.K. Blanchard/ E. Berger/ Pan-STARRS/DECam.
來自羅切斯特理工學(xué)院的Manuela Campanelli說：這將讓我們了解超新星爆炸是如何工作的，黃金和其他重元素是如何產(chǎn)生的，我們體內(nèi)的原子核是如何運(yùn)作的，甚至是宇宙膨脹的速度?！禡ultimessenger天文學(xué)》展示了我們?nèi)绾螌⑴f方法與新方法結(jié)合在一起，它也改變了天文學(xué)的發(fā)展方式。
中子星是巨大的恒星的剩余核心，在很久以前就像超新星一樣爆炸。這兩顆恒星位于一個(gè)名為ngc4993的星系附近，它的質(zhì)量是我們太陽質(zhì)量的8 - 20倍。然后隨著超新星每一個(gè)都壓縮到大約10英里的直徑，一個(gè)城市的大小。這些恒星完全由中子組成，在正常恒星和黑洞的大小和密度之間——一茶匙的中子星物質(zhì)會重達(dá)10億噸。
中子星在宇宙的舞蹈中互相旋轉(zhuǎn)，直到他們的共同引力力使它們碰撞。那次碰撞產(chǎn)生了一引力波，而那次撞擊造成了1.3億年后引力波對地球沖擊，故而今天能被我們所探測到。
雖然這一事件發(fā)生在1.3億年前，但只是在2017年8月17日，在日食之前才知道這一點(diǎn)。在早上8:41分LIGO和處女座發(fā)現(xiàn)了時(shí)空漣漪的早期震顫，引力波。僅僅兩秒鐘后NASA的費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡就發(fā)現(xiàn)了一束明亮的伽馬射線。這使得研究人員能夠快速確定漣漪的方向。
在一位天文學(xué)家發(fā)出的電報(bào)中，全世界成千上萬的天文學(xué)家都在努力觀測，并開始收集中子星合并的額外數(shù)據(jù)。
動畫展示了LIGO、處女座和太空望遠(yuǎn)鏡以及地面望遠(yuǎn)鏡在LIGO和處女座于2017年8月17日探測到的引力波位置。通過將費(fèi)米和積分空間任務(wù)的數(shù)據(jù)與LIGO和處女座的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，科學(xué)家能夠?qū)⒑＠说脑搭^限制在30度的天空?？梢姽馔h(yuǎn)鏡在該區(qū)域搜索了大量的星系，最終揭示了ngc4993是引力波的來源。
處女座合作的發(fā)言人Jo van den Brand在一份聲明中說：這一事件是迄今為止探測到的所有引力波的最精確的天空定位，這一創(chuàng)紀(jì)錄的精確度使天文學(xué)家能夠進(jìn)行后續(xù)觀測，從而導(dǎo)致了大量驚人的結(jié)果。
這提供了第一個(gè)真實(shí)的證據(jù)，即光和引力波以同樣的速度傳播——正如愛因斯坦所預(yù)言的那樣。
在短短幾天內(nèi)kilonova就從紅色褪色了20倍，這一快速變化是由拉斯康比斯天文臺望遠(yuǎn)鏡捕捉到的。圖片：Sarah Wilkinson / LCO.
從很小到最著名的天文臺都參與了，并迅速進(jìn)行了觀察。起初這一事件在不到6天的時(shí)間里就消失了。豪厄爾說在最初的幾個(gè)小時(shí)里，觀察到的光比太陽的亮度要亮200萬倍，但在幾天內(nèi)就消失了。
在智利安第斯山脈的Cerro Tololo美洲天文臺的Blanco 4米望遠(yuǎn)鏡上安裝了暗能量照相機(jī)(DECam)，它是幫助定位事件源的工具之一。
來自布蘭代斯大學(xué)的Marcelle soares - santos在簡報(bào)會上說：我們每次面對LIGO的合作問題時(shí)，都面臨著一個(gè)新的挑戰(zhàn)，那就是我們?nèi)绾螌ふ乙环N正在迅速消失的源頭，這可能是一開始就有的，而且是在那里的某個(gè)地方。她是描述與引力波相關(guān)的光學(xué)信號的第一作者。這是一個(gè)經(jīng)典的挑戰(zhàn)，在干草堆里發(fā)現(xiàn)一根針，而另一個(gè)復(fù)雜的問題是針是遠(yuǎn)遠(yuǎn)的，而haystack正在移動。
隨著DECam的出現(xiàn)很快就能夠確定源星系，并排除了其他1500名在這堆草堆中出現(xiàn)的候選者。看起來像針的東西很常見，所以我們需要確保我們有合適的針頭，今天我們確信已經(jīng)這樣做到了。
在一個(gè)很小的部門一個(gè)小型機(jī)器人16英寸的望遠(yuǎn)鏡(pan彩色機(jī)器人光學(xué)監(jiān)視和偏振測量望遠(yuǎn)鏡)——來自亞利桑那大學(xué)的天文學(xué)家David Sand在“基本上是一個(gè)增強(qiáng)的業(yè)余天文望遠(yuǎn)鏡”的描述中，也幫助確定了來源。這證明了即使是小望遠(yuǎn)鏡也能在《摩蒂默斯》天文學(xué)中發(fā)揮作用。
眾所周知的是由哈勃和其他幾個(gè)NASA和ESA太空天文臺，如Swift,Chandra和Spitzer任務(wù)。哈勃在可見光和紅外光中捕捉到星系的圖像，在ngc4993中見證了一個(gè)新的明亮物體，它比超新星更明亮，但比超新星更微弱。這些圖像顯示在哈勃觀測的6天時(shí)間里，該物體明顯褪色。利用哈勃的光譜能力，研究小組還發(fā)現(xiàn)，基羅諾瓦的材料被噴射的速度高達(dá)光速的五分之一。
2017年8月17日激光干涉引力波天文臺(LIGO)和室女座干涉儀探測到兩顆中子星相撞的引力波。在12小時(shí)內(nèi)天文臺已經(jīng)確定了在透鏡星系ngc4993內(nèi)的事件的來源，這張照片顯示的是NASA / ESA的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡。與之相關(guān)的恒星耀斑，kilonova在哈勃觀測中清晰可見。這是第一次觀測到引力波事件的光學(xué)對應(yīng)物。正如8月22日至28日的觀測所顯示的那樣，哈勃觀察到在6天的時(shí)間里kilonova逐漸消失。圖片版權(quán)： NASA and ESA. Acknowledgment: A.J. Levan (U. Warwick), N.R. Tanvir (U. Leicester), and A. Fruchter and O. Fox (STScI).
豪厄爾說：這是天體物理學(xué)的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在愛因斯坦提出引力波的100年后，我們看到了并追蹤回到它們的源頭，發(fā)現(xiàn)了一種我們以前只夢想過的新物理的爆炸。
下面是這個(gè)單一事件產(chǎn)生的一些見解：
伽瑪射線：理查德·奧肖尼西解釋道（他也是來自羅徹斯特理工學(xué)院和LIGO團(tuán)隊(duì)的成員）這些閃光現(xiàn)在肯定與合并中子星有關(guān)，并將幫助科學(xué)家研究超新星爆炸的工作原理。最初的伽馬射線測量，再加上引力波探測，進(jìn)一步證實(shí)了愛因斯坦的廣義相對論，它預(yù)測引力波應(yīng)該以光速傳播。
金和鉑的來源：哈佛史密森天體物理中心的埃多·伯杰在新聞發(fā)布會上說這些觀察揭示了元素周期表中最重元素的直接指紋。兩顆中子星的碰撞產(chǎn)生了10倍的地球質(zhì)量（僅在黃金和鉑金）。想想這些材料是飛出這個(gè)事件，最終與其他元素結(jié)合形成恒星，行星，生命…和珠寶。
Berger還補(bǔ)充了一些其他的想法：這些恒星最初的超新星爆炸產(chǎn)生了鐵和鎳的所有重元素。在這一系統(tǒng)的基羅諾瓦，可以看到重元素的周期表是如何形成的完整的歷史。
原子物理學(xué)天文學(xué)：最終像這個(gè)發(fā)現(xiàn)這樣的觀察將告訴我們，我們身體的核是如何運(yùn)作的，引力對中子星的影響將告訴我們，中子的運(yùn)動有多大，通過推斷中子和質(zhì)子——身體內(nèi)部的物質(zhì)構(gòu)成了我們大部分的質(zhì)量和
宇宙學(xué)：科學(xué)家現(xiàn)在可以獨(dú)立地測量宇宙膨脹的速度，將距離與銀河系的距離進(jìn)行比較，其中包含了從我們的引力波觀測中推斷出的明亮的光和距離。
來自CfA的天文學(xué)家托尼·皮羅(Tony Piro)說：研究與引力波和光的相同事件的能力是天文學(xué)上的一場真正的革命?！爆F(xiàn)在可以用完全不同的探針來研究宇宙，我們只能用一個(gè)或另一個(gè)來教授我們永遠(yuǎn)不可能知道的東西。
LIGO的科學(xué)發(fā)言人David Reitz說：對我來說，這一事件之所以如此神奇是因?yàn)槲覀儾粌H探測到了引力波，而且還看到了世界上70個(gè)觀測站所看到的電磁波譜。這是宇宙第一次向我們提供相當(dāng)于聲音的電影。而這個(gè)視頻是觀測天文學(xué)不同波長的，聲音是引力波。
參考：拉斯坎普雷斯觀測所，哈勃太空望遠(yuǎn)鏡，羅切斯特理工學(xué)院，Kilonova.org，CfA，新聞發(fā)布會等。
