龍?zhí)炀�王的個(gè)人空間

  新浪科技訊 北京時(shí)間10月16日晚間消息，科學(xué)家們剛剛宣布他們首次檢測到了一種新型的引力波，來自中子星合并事件，并且與前幾次引力波事件都不同的是，此次科學(xué)家們還檢測到了產(chǎn)生此次引力波信號(hào)的對應(yīng)天體。如果將引力波比作聲音，而將光學(xué)波段的觀測比作視覺，那么此前四次的引力波信號(hào)都是“只聞其聲，不見其人”，而這一次，我們找到了引力波信號(hào)對應(yīng)的天體，可謂“聞其聲，且見其人”——面對廣袤宇宙，我們變得“耳聰目明”了！
  這一里程碑式的發(fā)現(xiàn)開啟了發(fā)布會(huì)專家所稱的“multimessenger astrophysics”（多信使天體物理學(xué)），這將大大有助于我們加深對于宇宙的認(rèn)識(shí)。本次觀測同時(shí)也首次提供了確鑿證據(jù)，證明中子星的碰撞事件是宇宙中很多重元素，包括金，鉑，以及其他多種重元素的重要來源。
  科學(xué)家們?nèi)绾蚊枋鏊麄兊陌l(fā)現(xiàn)？用最早探測到引力波信號(hào)的LIGO合作組科學(xué)家理查德·肖內(nèi)斯（Richard O‘Shaughnessy）的話來說，就是“最完美的失敗”。什么意思呢？因?yàn)椤斑@將完全改變我們研究天文的方式。但這太美妙啦！”
簡單說一下：這次發(fā)布會(huì)究竟有啥新發(fā)現(xiàn)？
1） 首次觀測到新型引力波
  自從2015年9月14日科學(xué)家首次探測到引力波信號(hào)以來，我們已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)探測到4次引力波信號(hào)，但它們無一例外都是來自兩個(gè)黑洞的合并。而今天的發(fā)布會(huì)上說的是，科學(xué)家們在今年8月17號(hào)又探測到第五次引力波信號(hào)，這次和前四次都不一樣，它來自兩顆中子星的合并。說具體一些，參與其中的兩顆中子星質(zhì)量分別為1.1倍以及1.6倍太陽質(zhì)量，距離地球大約1.3億光年。
2） 首次觀測到引力波光學(xué)對應(yīng)體
  什么意思呢？通俗的說吧，前四次引力波信號(hào)都只是聽了個(gè)響，但沒見著真身。但這回不同！科學(xué)家們找到了產(chǎn)生這次引力波信號(hào)的天體在天空中的位置，并且調(diào)動(dòng)全球各地的望遠(yuǎn)鏡對它進(jìn)行了詳細(xì)觀測！
3） 首次證實(shí)中子星合并事件可以產(chǎn)生大量重元素
  這個(gè)可以說是一個(gè)副產(chǎn)品了�？茖W(xué)家們在對這個(gè)光學(xué)對應(yīng)體進(jìn)行觀測時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)中子星合并的過程中產(chǎn)生了大量的重元素，比如金，珀，以及鈾之類。這是對之前理論的一次證實(shí)。

一次全新的探測
  引力波是由于大質(zhì)量天體的劇烈運(yùn)動(dòng)造成的時(shí)空漣漪。這種漣漪會(huì)以光速向四周傳播，但它們的穿透性要強(qiáng)大的多，它們不會(huì)像光線那樣容易被散射或者吸收。
  1916年，愛因斯坦最早在它的廣義相對論中提出了引力波的預(yù)言。但對引力波的直接探測還要等到100年后的今天。里程碑事件出現(xiàn)在2015年，LIGO合作組的科學(xué)家們首次檢測到了來自兩個(gè)黑洞相互合并產(chǎn)生的引力波信號(hào)。
  這項(xiàng)突破性進(jìn)展讓該項(xiàng)目的三位主要組織者共同獲得了2017年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在那之后，LIGO研究組沒有停歇，他們緊接著又探測到了三次引力波事件，它們有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是它們無一例外，都是來自于兩個(gè)黑洞的合并。



  但是，第五次引力波事件，正如剛剛（10月16日北京時(shí)間22：00）宣布的消息那樣——完全不同！在2017年8月17日，LIGO下屬的兩臺(tái)分別位于華盛頓州和路易斯安納州的引力波探測器都接收到了一個(gè)持續(xù)大約100秒的信號(hào)，這樣的長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了此前黑洞合并過程產(chǎn)生的，持續(xù)時(shí)間僅有不到一秒鐘的引力波信號(hào)。
  LIGO科學(xué)合作組新聞發(fā)言人，美國麻省理工學(xué)院科維理天體物理與空間研究所高級(jí)研究員大衛(wèi)·舒梅克（David Shoemaker）表示：“我們很快意識(shí)到，這可能是來自中子星的引力波信號(hào)。這是我們一直想要看到的信號(hào)，也是我們曾經(jīng)向世界許諾將會(huì)探測到的信號(hào)�！�
  LIGO合作組科學(xué)家們的計(jì)算顯示此次事件中相互碰撞的兩顆中子星質(zhì)量分別為1.1倍以及1.6倍太陽質(zhì)量。相比之下，此前幾次引力波信號(hào)中，發(fā)生碰撞的都是黑洞，它們的質(zhì)量通常都在數(shù)十倍太陽質(zhì)量的量級(jí)。
  中子星是大質(zhì)量恒星在發(fā)生超新星爆發(fā)死亡后留下的殘骸，它們是宇宙中最奇異的天體類型之一。
  美國卡內(nèi)基學(xué)院的理論天體物理學(xué)家托尼·皮羅（Tony Piro）表示：“中子星是最接近黑洞但沒有變成黑洞的天體，它們的密度極大，僅次于黑洞。一湯匙的中子星物質(zhì)幾乎相當(dāng)于全世界70億人的體重加在一起的總和�！�



團(tuán)隊(duì)合作
  本次探測到的引力波事件代號(hào)GW170817，意思是它是在2017年8月17日被探測到的。位于意大利比薩附近的歐洲Virgo引力波探測器同樣探測到了這次信號(hào)。幾乎與此同時(shí)，正在太空運(yùn)行的美國宇航局費(fèi)米伽馬射線探測器鎖定了一次伽馬射線爆發(fā)事件——伽馬射線是能量最高的光子——這次伽馬射線爆發(fā)的方向與引力波信號(hào)指示的方向一致。
  所有這些都科學(xué)家們得以將本次引力波信號(hào)的來源圈定到一片很小的天空區(qū)域內(nèi)。研究團(tuán)隊(duì)決定將這些信息分享給全球各地的同行們，請求他們的協(xié)助，調(diào)用全世界的地面和太空望遠(yuǎn)鏡設(shè)備對這一來源方向進(jìn)行協(xié)同觀測。
  這樣的通力合作很快產(chǎn)生了成果。就在引力波信號(hào)被探測到之后的數(shù)小時(shí)內(nèi)，皮羅和他的同事們便借助位于智利境內(nèi)的Las Campanas天文臺(tái)鎖定了一個(gè)距離地球大約1.3億光年外的對應(yīng)光學(xué)天體。



  同樣來自卡內(nèi)基研究院的喬西·西蒙（Josh Simon）表示：“我們在一個(gè)臨近星系附近觀測到一個(gè)明亮的藍(lán)色光源，這是我們首次觀測到中子星合并的光學(xué)畫面。那真是太令人激動(dòng)了！”
好多的黃金和鉑金！
  隨后，又過了大約1小時(shí)，借助同樣設(shè)在智利境內(nèi)的南雙子望遠(yuǎn)鏡，研究人員在紅外波段同樣鎖定了這個(gè)對應(yīng)天體。很快，全球各地的專業(yè)人員通過各種設(shè)備，在電磁波的各個(gè)波段——從射電波段到X射線波段，對這個(gè)目標(biāo)進(jìn)行了觀測。
  這些觀測顯示，部分觀測到的光線來自一些重元素，如金和鈾元素產(chǎn)生的放射性熒光，它們是在兩顆中子星發(fā)生合并時(shí)產(chǎn)生的。
  這又是一項(xiàng)重要進(jìn)展！科學(xué)家們知道在宇宙大爆炸時(shí)產(chǎn)生了大量輕元素，主要是氫和氦，除此之外在元素周期表上一直到鐵的所有這些元素，基本都是在恒星內(nèi)部的核聚變過程中產(chǎn)生的，但比這質(zhì)量更大的元素究竟如何產(chǎn)生，一直未能得到很好的理解。
  哈佛大學(xué)史密森天體物理學(xué)中心的厄爾多·貝格（Edo Berger）表示：“此前元素周期表中那些質(zhì)量最大的元素的起源一直不甚明了，直到今天——我們了解到，它們可以在中子星的合并過程中被產(chǎn)生出來�！彼�說：“每次這樣的合并事件都能產(chǎn)生質(zhì)量超過一個(gè)地球的貴金屬，比如珀金和黃金，還有很多非常稀少的稀土元素。”事實(shí)上，科學(xué)家們的計(jì)算顯示，今年8月17號(hào)觀測到的這次中子星合并事件，產(chǎn)生了相當(dāng)于10倍地球質(zhì)量的黃金和鉑金。
未來可期
  針對GW170817引力波事件的深入調(diào)查正在揭示更多重要細(xì)節(jié)：
  比如說，此次研究證明，引力波的傳播速度的確正如理論所預(yù)言的那樣，是以光速傳播的。為什么這么說呢？因?yàn)槊绹�宇航局的費(fèi)米空間望遠(yuǎn)鏡探測到伽馬射線信號(hào)的時(shí)間只比引力波天文臺(tái)觀測到引力波信號(hào)的時(shí)間晚了大約2秒鐘。
  但GW170817僅僅是開端，未來它將有望幫助科學(xué)家們校正天體的距離。比如說，它理論上可以幫助天文學(xué)家們更加精確地判定宇宙膨脹的速率。此前借助各種參照，比如超新星爆發(fā)或者宇宙微波背景輻射標(biāo)定的描述宇宙膨脹的參數(shù)，也就是所謂的哈勃常數(shù)數(shù)值一直不夠精準(zhǔn)，而引力波將有望成為新的定標(biāo)工具。
  或許，此次最新的進(jìn)展最令人興奮的地方還在于，引力波天文學(xué)本身還處于剛剛開始的階段，未來還擁有廣闊的想象空間可以讓我們?nèi)プ杂商剿鳌＃ǔ匡L(fēng)）
中國南極巡天望遠(yuǎn)鏡追蹤到引力波事件的首例光學(xué)信號(hào)
  2016年2月11日，美國地基先進(jìn)激光干涉引力波天文臺(tái)LIGO宣布探測到來自雙黑洞并合的引力波輻射，一舉證實(shí)了廣義相對論給出的黑洞和引力波兩大預(yù)言。2017年10月諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)授予LIGO的三位奠基者。



  2017年8月17日，LIGO和VIRGO（歐洲“室女座”引力波探測器）共同探測到的引力波事件GW 170817，是人類首次直接探測到由兩顆中子星并合產(chǎn)生的引力波事件。隨后的幾秒之內(nèi)，美國宇航局Fermi伽瑪射線衛(wèi)星和歐洲INTEGRAL衛(wèi)星都探測到了一個(gè)極弱的短時(shí)標(biāo)伽瑪暴GRB 170817A。全球有幾十臺(tái)天文設(shè)備對GW 170817開展了后隨觀測，確定這次的引力波事件發(fā)生在距離地球1.3億光年之外的編號(hào)為NGC 4993的星系中。
  自北京時(shí)間2017年8月18日21：10起（即距離此次引力波事件發(fā)生24小時(shí)后），中國南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3合作團(tuán)隊(duì)利用正在中國南極昆侖站運(yùn)行的第2臺(tái)望遠(yuǎn)鏡AST3-2對GW 170817開展了有效的觀測，此次觀測持續(xù)到8月28日，期間獲得了大量的重要數(shù)據(jù)，并探測到此次引力波事件的光學(xué)信號(hào)（圖1）。這些數(shù)據(jù)和全球其他天文臺(tái)的觀測結(jié)果一起揭示了此次雙中子星并合拋射出1 %量級(jí)太陽質(zhì)量（超過3000 個(gè)地球質(zhì)量）的物質(zhì)，這些物質(zhì)以0.3倍的光速被拋到星際空間，拋射過程中部分物質(zhì)發(fā)生核合成，形成比鐵還重的元素。因此，這次引力波光學(xué)對應(yīng)體的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了雙中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素（金、銀）的起源。



  AST3-2是我國在昆侖站安裝的第二臺(tái)南極巡天望遠(yuǎn)鏡（圖2）。其有效通光口徑50厘米，是南極現(xiàn)有最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，并且完全實(shí)現(xiàn)了極端環(huán)境下的無人值守全自動(dòng)觀測。目前，AST3-2主要進(jìn)行超新星巡天、系外行星搜尋、引力波光學(xué)對應(yīng)體探測等天文前沿研究。