[科普中國]-“看”和“聽”，引力波探測“耳聰目明”

北京時間16日22時，在天文學界傳得沸沸揚揚的“重大發(fā)現(xiàn)”終于水落石出。

美國國家科學基金會召開新聞發(fā)布會宣布，美國激光干涉引力波天文臺（LIGO）和歐洲處女座（Virgo）引力波探測器于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。

“這是天文學家期待已久的發(fā)現(xiàn)！”中國科學院高能物理研究所的熊少林是我國慧眼望遠鏡伽馬暴與引力波電磁對應(yīng)體項目組負責人，他評價，這次引力波探測事件在天文學和物理學中都具有“劃時代”的意義。

從2015年9月到今年8月，科學家先后4次探測到引力波信號，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產(chǎn)生了電磁信號?！毙苌倭衷诮邮芸萍既請笥浾卟稍L時介紹，黑洞在并合時“黑漆漆一片”，除了引力波信號之外不會產(chǎn)生任何電磁信號——包括射電信號、可見光、紅外光、X射線、伽馬射線等等。

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

正因如此，世界各地幾十臺地面和空間望遠鏡紛紛上場，對此次引力波事件進行了一次歷史上規(guī)模罕見的聯(lián)合觀測。于是，人類第一次同時探測到引力波和它的電磁對應(yīng)體。

“人類過去一直在用傳統(tǒng)望遠鏡觀測宇宙，憑借‘看’的手段認識宇宙。2015年LIGO為觀測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。”熊少林說，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”探測引力波。

熊少林介紹，LIGO發(fā)現(xiàn)引力波信號具有重要的歷史意義，但從探測的角度來看，引力波信號也有不完美之處。那就是，引力波探測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)望遠鏡以電磁信號為研究手段，與引力波信號可形成互補關(guān)系，豐富了研究宇宙的信息。

“無論是引力波信號，還是電磁信號，在天文學中都被稱為‘信使’?！毙苌倭终f，此次引力波探測事件的重要意義在于，它標志著多信使天文學時代的到來。

除了上述兩種信使，還有中微子和宇宙線。“將來可以期待同時從4個維度研究同一個宇宙事件，這更是天文學家的夢想?！毙苌倭终f。

“中子星的質(zhì)量一般相當于一兩個太陽，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軌道收縮更慢，引力波持續(xù)時間更長。

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

捕獲雙中子星并合產(chǎn)生的引力波信號，本身對天文學研究也有重要意義。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年諾貝爾物理學獎頒發(fā)給3位美國科學家，以表彰他們?yōu)長IGO探測器建設(shè)和引力波發(fā)現(xiàn)所作出的突出貢獻。

“將引力波信號和電磁信號結(jié)合起來進行天文研究，空間十分廣闊，其中涉及的重要科學問題相當之多?！毙苌倭终f，如果讓他預(yù)測，這一領(lǐng)域未來肯定還會產(chǎn)生諾獎級的發(fā)現(xiàn)。（記者 劉園園）

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