北京時(shí)間10月16日22時(shí)，激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)和處女座(Virgo)引力波探測(cè)器合作組織聯(lián)合召開(kāi)發(fā)布會(huì)，宣布再次探測(cè)到時(shí)空的漣漪。

　　這是人類第5次探測(cè)到引力波。然而，科學(xué)界的興奮之情甚至不亞于第一次探測(cè)到引力波的時(shí)候。因?yàn)榕c之前4個(gè)信號(hào)不同，這次探測(cè)到的引力波信號(hào)GW170817來(lái)自1.3億光年外兩顆并合的中子星，而且是全球多地科學(xué)家第一次同時(shí)觀測(cè)到引力波與其電磁對(duì)應(yīng)體。

　　天文臺(tái)將聯(lián)合預(yù)警

　　迄今最強(qiáng)的引力波信號(hào)

　　“這是我們迄今觀測(cè)到強(qiáng)度最強(qiáng)的引力波信號(hào)，比第一次觀測(cè)到的雙黑洞引力波信號(hào)要強(qiáng)得多?！盠IGO科學(xué)合作組織爆發(fā)源分析組聯(lián)席主席、英國(guó)格拉斯哥大學(xué)教授、北京師范大學(xué)特聘外國(guó)專家Ik Siong Heng表示，它與之前的雙黑洞繞轉(zhuǎn)產(chǎn)生的引力波信號(hào)非常類似，但持續(xù)時(shí)間更長(zhǎng)?！疤綔y(cè)器中GW170817信號(hào)持續(xù)時(shí)間超過(guò)1分鐘，之前的雙黑洞并合引力波信號(hào)只有1秒左右?！?/p>

　　8月17日，LIGO與Virgo的三臺(tái)探測(cè)器先后接收到引力波信號(hào)GW170817。在探測(cè)到引力波信號(hào)GW170817后的1.7秒，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的費(fèi)米衛(wèi)星探測(cè)到了一個(gè)伽馬射線暴GRB170817A。在之后不到11個(gè)小時(shí)內(nèi)，位于智利的Swope望遠(yuǎn)鏡報(bào)告在長(zhǎng)蛇座星系NGC4993中觀測(cè)到明亮的光學(xué)源。在接下來(lái)的幾周里，無(wú)數(shù)望遠(yuǎn)鏡將目光對(duì)準(zhǔn)這片天區(qū)，記錄下這一事件發(fā)生之前100秒至之后幾周的信號(hào)。

　　根據(jù)這些記錄，科學(xué)家復(fù)原出故事發(fā)生的過(guò)程：在距離地球1.3億光年的長(zhǎng)蛇座星系NGC4993中，兩顆中子星互相繞轉(zhuǎn)。在并合前約100秒時(shí)，它們相距400公里，每秒鐘互相繞轉(zhuǎn)12圈，并向外輻射引力波。它們?cè)睫D(zhuǎn)越近，直至最終碰撞在一起，形成新的天體，并發(fā)出電磁輻射。

　　中子星是恒星演化末期形成的一類致密天體。雖然它的半徑只有十幾公里，質(zhì)量卻與太陽(yáng)相當(dāng)。中子星到底有多硬?其內(nèi)部物質(zhì)以何種狀態(tài)存在?這些一直是科學(xué)家感興趣的問(wèn)題。

　　根據(jù)觀測(cè)到的引力波信號(hào)，科學(xué)家估算出兩顆中子星的質(zhì)量、半徑，并對(duì)其密度給出了保守的估計(jì)，幫助排除了那些對(duì)于中子星密度估計(jì)過(guò)低的理論模型?！耙Σㄐ盘?hào)GW170817的演變，尤其是接近并合階段的信號(hào)演變，受到中子星自身性質(zhì)的影響。如果中子星更致密一點(diǎn)，或者更稀松一點(diǎn)，引力波的信號(hào)都會(huì)不同?！盜k Siong Heng說(shuō)。

　　何以震驚天文學(xué)界

　　為什么中子星引力波引起天文界震動(dòng)?專家們說(shuō)，主要原因有三個(gè)。

　　首先，這是人類第一次探測(cè)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(cè)到的引力波均來(lái)自黑洞。黑洞完全由扭曲時(shí)空構(gòu)成，本質(zhì)上沒(méi)有物質(zhì)，而中子星卻是一個(gè)切實(shí)星體，因此能深入了解核物質(zhì)的行為。

　　10月16日，全球多國(guó)科學(xué)家同步舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣布人類第一次直接探測(cè)到來(lái)自雙中子星合并的引力波，并同時(shí)“看到”這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號(hào)。

　　哈里說(shuō)，中子星引力波可以用來(lái)直接測(cè)量到源的距離，而相應(yīng)的電磁信號(hào)給出了速度，由此可用來(lái)校準(zhǔn)宇宙膨脹速度，即所謂哈勃常數(shù)，從而進(jìn)一步回答宇宙從哪里來(lái)、又往哪里去等重大問(wèn)題。

　　其次，這是人類第一次同時(shí)觀測(cè)到來(lái)自同一個(gè)天文事件的引力波和電磁波，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(kāi)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(shuō)的是，這是第一次我們既能‘看到’也能‘聽(tīng)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?！惫镎f(shuō)，“引力波天文學(xué)才剛剛開(kāi)始，隨著21世紀(jì)向前發(fā)展，我們可以期待引力波觀測(cè)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(lái)更多見(jiàn)解?！?/p>

　　第三，地面紅外望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了中子俘獲過(guò)程，從而第一次提供確鑿證據(jù)證實(shí)了中子星合并就是宇宙金、鉑等超鐵元素的主要起源地。

　　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)給記者的一份電子郵件中開(kāi)玩笑說(shuō)：“如果有人問(wèn)帶著金戒指的女性朋友，她的金戒指從哪兒來(lái)?她應(yīng)該說(shuō)，這是從銀河系中的合并中子星那里產(chǎn)生的?！?/p>

　　發(fā)現(xiàn)金銀等元素誕生地

　　科學(xué)家對(duì)這次觀測(cè)興奮不已，還因?yàn)橛^測(cè)將雙中子星并合與短伽馬射線暴直接聯(lián)系在一起，并首次觀測(cè)到巨新星現(xiàn)象，讓科學(xué)家能夠深入了解雙中子星并合的物理過(guò)程。

　　所謂伽馬射線暴，是天空中某一個(gè)方向伽馬射線輻射突然增亮的現(xiàn)象。根據(jù)伽馬射線暴時(shí)間長(zhǎng)于或短于2秒，可分為長(zhǎng)暴與短暴?？茖W(xué)家認(rèn)為，短伽馬射線暴源自雙中子星并合或中子星與黑洞并合，但一直沒(méi)有找到直接觀測(cè)證據(jù)。

　　巨新星則是1998年北京大學(xué)教授李立新(當(dāng)時(shí)為普林斯頓大學(xué)博士生)與普林斯頓大學(xué)已故教授Bodhan Paczynski合作提出的構(gòu)想?！半p中子星并合時(shí)向外拋射的物質(zhì)會(huì)通過(guò)快中子過(guò)程形成金、銀等重元素，并形成光學(xué)和近紅外輻射?！崩盍⑿抡f(shuō)，這些輻射現(xiàn)象比超新星的亮度暗100倍，被稱為巨新星或千新星。

　　在此次觀測(cè)中，科學(xué)家捕獲了引力波信號(hào)、短伽馬射線暴信號(hào)以及光學(xué)信號(hào)。后續(xù)分析證明這些信號(hào)互相關(guān)聯(lián)，均來(lái)自雙中子星并合。我國(guó)在南極大陸安裝的南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3也捕獲了并合的光學(xué)信號(hào)。

　　“有多名學(xué)者對(duì)巨新星理論進(jìn)行過(guò)完善，這次的觀測(cè)結(jié)果非常吻合完善后的理論構(gòu)想。”李立新說(shuō)。

　　“8月份，南極的冬天剛剛過(guò)去，目標(biāo)天體的地平高度較低，每天有2個(gè)小時(shí)左右的觀測(cè)時(shí)間。8月18日起，我們進(jìn)行了10天的觀測(cè)，獲得了目標(biāo)天體的91幅圖像，并最終得到目標(biāo)天體的光變曲線，與巨新星理論預(yù)測(cè)高度吻合?！眳茄┓灞硎?。2013年以來(lái)，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個(gè)巨新星候選體，此次是首次直接觀測(cè)到巨新星。

　　“理論上所有雙中子星并合都會(huì)形成巨新星。但通常它們比較暗弱，因此能不能看到取決于它們與我們的距離?！崩盍⑿抡f(shuō)，幸運(yùn)的是，這兩顆中子星離我們并不遙遠(yuǎn)。

　　還有哪些未解之謎

　　本次LIGO項(xiàng)目組宣布發(fā)現(xiàn)的引力波，來(lái)自距地球約1.3億光年處的雙中子星合并。與黑洞合并只產(chǎn)生引力波不同的是，中子星合并除了產(chǎn)生引力波外，還發(fā)出了大量的電磁波。

　　這就是讓天文學(xué)家感到興奮的“多信使天文學(xué)”。引力波和電磁波作為不同的“信使”，可以告訴我們同一個(gè)天文事件在不同方面的信息。美國(guó)田納西大學(xué)天體物理學(xué)教授邁克爾·吉德里說(shuō)，“多信使天文學(xué)”是天文學(xué)家長(zhǎng)期追求的“圣杯”，將對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的未來(lái)產(chǎn)生巨大影響。

　　10月16日，全球多國(guó)科學(xué)家同步舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣布人類第一次直接探測(cè)到來(lái)自雙中子星合并的引力波，并同時(shí)“看到”這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號(hào)。

　　哈里說(shuō)，如果沒(méi)有引力波研究，中子星的許多性質(zhì)都將是長(zhǎng)期懸而未解的謎，包括在強(qiáng)引力作用下怎么彎曲變形、合并時(shí)將會(huì)發(fā)生什么情況、質(zhì)量多大時(shí)會(huì)形成黑洞等等。

　　“GW170817不能回答所有這些問(wèn)題，但它給我們提供了以前沒(méi)有的信息，并且表明引力波觀測(cè)是解答這些問(wèn)題的一個(gè)切實(shí)可行的方法?！惫镎f(shuō)。

　　他指出，迄今探測(cè)到的5次引力波信號(hào)都與愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論理論完全吻合，但廣義相對(duì)論卻與量子力學(xué)不相容，因此一些觀點(diǎn)認(rèn)為廣義相對(duì)論需要修正。諸如GW170817等事件是少數(shù)能在引力極限情況下驗(yàn)證廣義相對(duì)論的辦法之一?！拔覀冞€有可能觀測(cè)到更強(qiáng)、更清晰的信號(hào)，那也許能向我們展示愛(ài)因斯坦引力理論所不能解釋的東西?！?/p>

　　具體到這次事件，雙中子星合并之后變成了什么，依然沒(méi)有答案?？茖W(xué)家列出了兩種可能性，一種是變成了非常大質(zhì)量的中子星，另一種是變成了黑洞。但不管是什么，它的質(zhì)量大約相當(dāng)于2.74個(gè)太陽(yáng)。