人類首次發(fā)現(xiàn)雙中子星引力波

10月16日，多國科學家宣布人類第一次探測到雙中子星并合引力波，并同時“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，宇宙金、鉑等超鐵元素的主要起源。

美國國家科學基金會、美國LIGO等提供的效果圖顯示兩個并合中的中子星。本版圖片/新華社發(fā)

首次探測到雙中子星引力波并“看到”其伴隨的電磁信號；中國慧眼HXMT望遠鏡監(jiān)測到此次事件

(記者王俊 李玉坤)10月16日22時，國際天文界宣布一次新的科學進展：首次直接探測到雙中子星并合引力波及其伴隨的電磁信號。這標志著人類歷史上第一次使用引力波天文臺和其他望遠鏡觀測到同一天體物理事件，預示著天文學研究進入“多信使”階段。中國慧眼HXMT望遠鏡也成功監(jiān)測到此次引力波事件。

能被“看”到的引力波

此次發(fā)現(xiàn)由美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)和歐洲室女座干涉儀(Virgo)引力波探測器，以及其他70個地面及空間望遠鏡共同完成。

《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生引力波，還產生電磁波，因此雙中子星并合可以被引力波探測設備“聽”到，還可以被天文望遠鏡“看”到。此外，雙黑洞并合引力波一般持續(xù)1秒甚至更短時間，而雙中子星并合引力波可持續(xù)1分鐘之久。

國家天文臺恒星級黑洞研究團組負責人茍利軍研究員介紹，此前也有觀測到兩個中子星構成的系統(tǒng)，但從來沒有直接探測到來自于它們的引力波。“這次探測到的是它們彼此非?？拷鼤r產生的引力波。”

中國科學院國家天文臺、西澳大學國際射電天文研究中心在讀博士劉博洋解釋道，“雙中子星并合之前會產生一段時間的引力波，并合后相互作用產生系列后續(xù)物理現(xiàn)象，可以在不同波段逐步看到。”

另據天文學家計算，此次天文事件發(fā)生在水蛇座方向，距離地球1.3億光年。

劉博洋說，這個距離在天文學上是非常近的，““此前黑洞并合產生的引力波持續(xù)觀測時間很短，而這次觀測時間很長。它特別近的距離也是我們這次觀測到非常長時間引力波的有利因素。”

中國監(jiān)測到爆發(fā)天區(qū)

據報道，中國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——慧眼HXMT望遠鏡也成功監(jiān)測到此次引力波事件，并以合作組形式加入報告本次歷史性發(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。

因為此次引力波事件具有極為重要的意義，天文學家使用了大量地面和空間望遠鏡進行觀測，形成了一場天文學歷史上極為罕見的全球規(guī)模的聯(lián)合觀測。不過，在引力波事件發(fā)生時，僅有4臺X射線和伽馬射線望遠鏡成功監(jiān)測到爆發(fā)天區(qū)，中國的“慧眼”望遠鏡便是其中之一。

中科院高能物理研究所熊少林研究員介紹，“這些望遠鏡中，‘慧眼’在0.2-5 MeV能區(qū)的探測接收面積最大、時間分辨率最好，因此對引力波閃的百萬電子伏特(MeV)能區(qū)的伽馬射線輻射的探測能力最強。”

■ 焦點

發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波的意義？

有助于更全面了解天文現(xiàn)象全貌

多國聯(lián)合發(fā)布，被稱為天文界又一狂歡的雙中子星并合，對天文學界到底有何意義?“這預示著多信使天文學研究的開端。”茍利軍說。

南京大學與加州伯克利分校天體物理學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物被探測到。這次雙中子星并合產生的引力波首次實現(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、中微子中的兩個或者多個進行聯(lián)合觀測。

“這有助于更全面了解天文現(xiàn)象發(fā)生的全貌。單獨觀測引力波，只能知道伽馬射線暴之前發(fā)生了什么;單獨觀測伽馬射線，只能知道伽馬射線暴之后發(fā)生了什么。多信使觀測，可以給我們一個完整的事件過程。”劉博洋說。

該天文事件對“日常”生活的影響？

黃金等重元素由中子星碰撞產生

雙中子星并合引力波的發(fā)現(xiàn)對全球天文學界來說是一次狂歡，其對我們的日常生活有哪些影響呢?

雙中子星并合會甩出一些中子星碎塊，這些碎塊內部會發(fā)生快速中子俘獲過程，形成大量重元素。

“就像兩個雞蛋碰撞，蛋清和蛋黃會掉出來，掉出來的同時會發(fā)生一些物理過程，這會產生大量的金元素。”劉博洋用通俗的語言解釋了這一現(xiàn)象。

王善欽說，據估計，中子星的一次碰撞，拋出的碎塊中形成的黃金足有300個地球那么重。也就是說，你的金戒指或者金項鏈里面，大部分黃金是至少幾十億年前中子星與中子星或黑洞碰撞后的碎塊里產生的。這些碎片其中的一部分與其他物質在46億年前凝結成了地球。

■ 鏈接

引力波“大事記”

●1915年 愛因斯坦提出廣義相對論。1916年，愛因斯坦發(fā)表論文，認為當物質分布改變時，時空也會相應變化，這一變化會以波動的形式以光速傳播。這就是引力波的由來。自2015年首次直接探測引力波，人類已尋找了它100年。

●2015年9月14日 LIGO完成了人類歷史上第一次引力波探測。一個36太陽質量的黑洞與一個29太陽質量的黑洞的碰撞，然后并合為一個62太陽質量的黑洞，失去的3太陽質量轉化為引力波的能量。

●2015年12月26日、2017年1月4日、2017年8月14日 LIGO又先后三次探測到黑洞并合產生的引力波。

●2017年10月3日 由于在引力波領域做出突出貢獻，麻省理工學院雷納·韋斯(Rainer Weiss)、加州理工學院基普·索恩(Kip Thorne)和巴里·巴里什(Barry Barish)被授予2017年諾貝爾物理學獎，業(yè)內皆稱此次引力波獲獎是“眾望所歸”。

雙中子星并合事件探測過程

LIGO探測器和VIRGO探測器聯(lián)合觀測對引力波源空間位置給出精確限制

整個引力波持續(xù)大約100秒

引力波結束后不到2秒，美國天文衛(wèi)星費米望遠鏡(Fermi)伽馬暴探測器觀測到非常短的伽馬暴信號

伽馬暴提示被發(fā)送給全世界天文學家

各國天文學家快速跟蹤

伽馬暴事件的方位和引力波位置空間和時間非常巧合，就在引力波之后，基本確認兩者有關聯(lián)