“看見”引力波

孫文曄

經(jīng)過一個(gè)多月的“謠傳”和猜測，天文界的秘密終于被揭曉。全球數(shù)十家天文機(jī)構(gòu)先是罕見地相繼放話，準(zhǔn)備在16日22時(shí)同時(shí)發(fā)布重磅消息，搞得普通民眾還以為發(fā)現(xiàn)了外星人。吊足胃口后，科學(xué)家才宣布，人類首次“看見”了引力波。更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卣f，是首次探測到1.3億光年外的中子星并合產(chǎn)生引力波及其“光學(xué)對應(yīng)體”。

發(fā)現(xiàn)引力波已不是第一回，為何此次成果令科學(xué)家如此重視？

此次發(fā)現(xiàn)前所未有之處在于，既捕捉到引力波又測到了碰撞產(chǎn)生的光線。不僅如此，此次還首度獲得直接證據(jù)，證明中子星合并過程會(huì)產(chǎn)生珀、金和鈾等重元素。

另外，這也是全球首次聯(lián)合對同一個(gè)天文事件完成聯(lián)合觀測。《自然》雜志曾發(fā)表分析文章稱，“這樣的探測將標(biāo)志著天文學(xué)步入新時(shí)代。”

今年8月，美國“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）和歐洲“處女座”（Virgo）引力波探測器開始合作探測引力波。

幸福來得很突然，8月17日12：41：04 （協(xié)調(diào)世界時(shí)），在近地軌道默默飛馳著的費(fèi)米-伽馬射線太空望遠(yuǎn)鏡向地面自動(dòng)發(fā)送了一條簡訊，內(nèi)容是它剛剛探測到了一次來自宇宙深處的伽馬射線爆發(fā)。

大約6分鐘后， 位于美國的LIGO引力波探測器傳來消息，在剛剛探測到的伽馬爆發(fā)生前1.7秒，探測到一次引力波爆發(fā)事件，時(shí)間長度100秒左右。

LIGO-Virgo的分析軟件比較兩信號，得出結(jié)論：這不太可能只是一個(gè)巧合。13：21：42，加入全球聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的望遠(yuǎn)鏡都收到了通知，不僅通報(bào)了疑似雙中子星并合事件，并初步判定了方位坐標(biāo)。

同一時(shí)間，已通過協(xié)議加入了觀測合作的中國“慧眼”團(tuán)隊(duì)，將在軌運(yùn)行僅兩個(gè)月，還處在緊張測試階段的X射線天文衛(wèi)星“慧眼”，對準(zhǔn)了信號來源的方向。引力波事件發(fā)生時(shí)，僅有4臺(tái)X射線和伽瑪射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測到了引力波源所在的天區(qū)，慧眼便是其中之一。

而在中科院南極天文中心，南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3-2也追蹤到這次引力波事件的光學(xué)對應(yīng)信號。此次觀測持續(xù)到8月28日，揭示了此次雙中子星并合拋射出約1 %太陽質(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)核合成，形成比鐵還重的元素。

全世界的望遠(yuǎn)鏡都在同一時(shí)間指向同一個(gè)方向，這讓人類不僅“聽”到了引力波的“聲音”，還“看”到了引力波。

天文學(xué)界此前曾四次觀測到引力波，但都來自黑洞的合并。黑洞并合時(shí)真的是“黑的”，沒有電磁波會(huì)發(fā)射出來，而兩個(gè)中子星并合時(shí)，會(huì)在電磁波段釋放出巨大的能量，并且可以用傳統(tǒng)的電磁波望遠(yuǎn)鏡拍攝出照片。

在廣義相對論里，引力波是“時(shí)空本身的漣漪”，能夠從宇宙“彼端”真實(shí)傳遞信息到地球。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·哈里表示，觀測到兩個(gè)中子星合并與觀測兩個(gè)原子核合并“并沒有什么不同”，因此能深入了解核物質(zhì)的行為。而相應(yīng)的電磁信號給出了速度，由此可用來校準(zhǔn)宇宙膨脹速度，從而進(jìn)一步回答宇宙從哪里來、又往哪里去等重大問題。

引力波天文學(xué)方興未艾，而在這次盛宴中，中國沒有缺席。endprint