[科普中國]-“看”和“聽”，引力波探測(cè)“耳聰目明”

北京時(shí)間16日22時(shí)，在天文學(xué)界傳得沸沸揚(yáng)揚(yáng)的“重大發(fā)現(xiàn)”終于水落石出。

美國國家科學(xué)基金會(huì)召開新聞發(fā)布會(huì)宣布，美國激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）和歐洲處女座（Virgo）引力波探測(cè)器于8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合產(chǎn)生的引力波信號(hào)。

“這是天文學(xué)家期待已久的發(fā)現(xiàn)！”中國科學(xué)院高能物理研究所的熊少林是我國慧眼望遠(yuǎn)鏡伽馬暴與引力波電磁對(duì)應(yīng)體項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人，他評(píng)價(jià)，這次引力波探測(cè)事件在天文學(xué)和物理學(xué)中都具有“劃時(shí)代”的意義。

從2015年9月到今年8月，科學(xué)家先后4次探測(cè)到引力波信號(hào)，均來自雙黑洞并合事件。

“與之前相比，此次引力波事件最大的不同就是同時(shí)產(chǎn)生了電磁信號(hào)?！毙苌倭衷诮邮芸萍既?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹，黑洞在并合時(shí)“黑漆漆一片”，除了引力波信號(hào)之外不會(huì)產(chǎn)生任何電磁信號(hào)——包括射電信號(hào)、可見光、紅外光、X射線、伽馬射線等等。

中國科學(xué)院國家天文臺(tái)研究員張承民告訴科技日?qǐng)?bào)記者，其根源在于，黑洞屬于能量集團(tuán)，而中子星屬于物質(zhì)結(jié)構(gòu)，所以后者在并合時(shí)不僅可以產(chǎn)生引力波，還可以造成電磁信號(hào)爆發(fā)。

正因如此，世界各地幾十臺(tái)地面和空間望遠(yuǎn)鏡紛紛上場(chǎng)，對(duì)此次引力波事件進(jìn)行了一次歷史上規(guī)模罕見的聯(lián)合觀測(cè)。于是，人類第一次同時(shí)探測(cè)到引力波和它的電磁對(duì)應(yīng)體。

“人類過去一直在用傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)宇宙，憑借‘看’的手段認(rèn)識(shí)宇宙。2015年LIGO為觀測(cè)宇宙打開第二扇窗口，人類終于能夠‘聽’見宇宙的漣漪。但二者一直是孤立的，沒有結(jié)合起來?！毙苌倭终f，如今人類終于得以將“看”和“聽”兩種手段結(jié)合起來，“雙劍合璧”探測(cè)引力波。

熊少林介紹，LIGO發(fā)現(xiàn)引力波信號(hào)具有重要的歷史意義，但從探測(cè)的角度來看，引力波信號(hào)也有不完美之處。那就是，引力波探測(cè)器可以大概得知引力波事件所在區(qū)域，但無法精確定位其位置。而傳統(tǒng)望遠(yuǎn)鏡以電磁信號(hào)為研究手段，與引力波信號(hào)可形成互補(bǔ)關(guān)系，豐富了研究宇宙的信息。

“無論是引力波信號(hào)，還是電磁信號(hào)，在天文學(xué)中都被稱為‘信使’。”熊少林說，此次引力波探測(cè)事件的重要意義在于，它標(biāo)志著多信使天文學(xué)時(shí)代的到來。

除了上述兩種信使，還有中微子和宇宙線?！皩砜梢云诖瑫r(shí)從4個(gè)維度研究同一個(gè)宇宙事件，這更是天文學(xué)家的夢(mèng)想。”熊少林說。

“中子星的質(zhì)量一般相當(dāng)于一兩個(gè)太陽，與黑洞的質(zhì)量相差十倍，所以雙中子星并合產(chǎn)生的引力波信號(hào)更加微弱?！睆埑忻窠榻B，由于中子星質(zhì)量更小，所以雙中子星并合時(shí)軌道收縮更慢，引力波持續(xù)時(shí)間更長。

幸運(yùn)的是，此次發(fā)生并合的雙中子星位于編號(hào)為NGC4993的星系，距離地球僅1.3億光年左右，產(chǎn)生的引力波信號(hào)和電磁信號(hào)都非常強(qiáng)。它的引力波信號(hào)持續(xù)了100秒左右。

捕獲雙中子星并合產(chǎn)生的引力波信號(hào)，本身對(duì)天文學(xué)研究也有重要意義。張承民告訴記者，雙中子星系統(tǒng)是恒星演化到晚期的產(chǎn)物，在宇宙中數(shù)量較多，它們可能構(gòu)成了引力波的背景噪聲，可在研究宇宙早期演化方面發(fā)揮重要作用。

10月3日，2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給3位美國科學(xué)家，以表彰他們?yōu)長IGO探測(cè)器建設(shè)和引力波發(fā)現(xiàn)所作出的突出貢獻(xiàn)。

“將引力波信號(hào)和電磁信號(hào)結(jié)合起來進(jìn)行天文研究，空間十分廣闊，其中涉及的重要科學(xué)問題相當(dāng)之多?！毙苌倭终f，如果讓他預(yù)測(cè)，這一領(lǐng)域未來肯定還會(huì)產(chǎn)生諾獎(jiǎng)級(jí)的發(fā)現(xiàn)。（記者 劉園園）

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