新華國際頭條微信公號(hào)消息,，多國天文學(xué)家16日宣布首次直接探測(cè)到雙中子星合并產(chǎn)生的引力波及其伴隨的電磁信號(hào),。這是人類歷史上第一次實(shí)現(xiàn)引力波的多信使觀測(cè)，為認(rèn)識(shí)宇宙提供了電磁天文學(xué)單獨(dú)所不能實(shí)現(xiàn)的新機(jī)會(huì),。

去年2月,，在華盛頓舉行的新聞發(fā)布會(huì)上，顯示屏展現(xiàn)出科學(xué)家們捕捉到的引力波信號(hào)圖像,。本文圖片均來自新華國際頭條微信公號(hào)

那么,，中子星引力波怎么探測(cè)？為什么重要,？解答了哪些疑問,？還存在哪些問題？新華社記者就此采訪了有關(guān)科學(xué)家。

險(xiǎn)些錯(cuò)過

引力波由黑洞等天體在碰撞過程中產(chǎn)生,，可把它想象成石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋,。100多年前，愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在,，但直到2015年才首次獲得證實(shí),。

8月17日，美國“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）捕捉到這次的中子星引力波信號(hào),。LIGO有兩個(gè)探測(cè)器,，分別建在相距3000公里的路易斯安那州利文斯頓市與華盛頓州小城漢福德市。

美國路易斯安那州利文斯頓市的激光干涉引力波天文臺(tái)的資料照片,。

有意思的是,，由于噪聲污染，LIGO軟件系統(tǒng)起初并沒有在利文斯頓探測(cè)器的數(shù)據(jù)中檢測(cè)到信號(hào),，差點(diǎn)讓我們與這次重大發(fā)現(xiàn)失之交臂,。幸運(yùn)的是，利文斯頓探測(cè)器獲得的數(shù)據(jù)足夠清晰,，促使軟件快速確認(rèn)這是一個(gè)引力波信號(hào),，并命名為GW170817。

僅僅在LIGO觀測(cè)到引力波信號(hào)后的1.7秒,，美國費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到名為GRB170817A的伽馬射線暴,。“費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡幾乎在同一時(shí)間觀測(cè)到伽馬射線暴,，讓我們更加興奮,，也更有緊迫感，”加州理工學(xué)院LIGO數(shù)據(jù)分析小組負(fù)責(zé)人艾倫·溫斯坦教授回憶說,。

LIGO和費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡在遇到強(qiáng)信號(hào)時(shí),，會(huì)自動(dòng)向天文界發(fā)送警報(bào)。這是一場(chǎng)與時(shí)間的賽跑,，世界范圍內(nèi)的望遠(yuǎn)鏡后續(xù)觀測(cè)隨即啟動(dòng),。大約11個(gè)小時(shí)后，位于智利的斯沃普望遠(yuǎn)鏡率先觀測(cè)到此次信號(hào)的光學(xué)對(duì)應(yīng)物——位于名為NGC4993星系的雙中子星系統(tǒng),。

三個(gè)第一

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

首先,，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·哈里告訴新華社記者,，此前觀測(cè)到的引力波均來自黑洞,。黑洞完全由扭曲時(shí)空構(gòu)成，本質(zhì)上沒有物質(zhì),，而中子星卻是一個(gè)切實(shí)星體,，觀測(cè)兩個(gè)中子星合并與觀測(cè)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,。

LIGO的技術(shù)人員正在美國路易斯安那州利文斯頓市的引力波探測(cè)器實(shí)驗(yàn)室內(nèi)工作,。

哈里說，中子星引力波可以用來直接測(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,、又往哪里去等重大問題。

其次,，第一次同時(shí)觀測(cè)到來自同一個(gè)天文事件的引力波和電磁波,。通過X光、紫外,、可見光,、紅外及射電波的觀測(cè)，使得確認(rèn)宿主星系成為可能,，并第一次提供一副關(guān)于包含中子星的雙星合并后的完整物理圖景,。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,。

“我想說的是,，這是第一次我們既能 看到 也能 聽到 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,，”哈里說，“引力波天文學(xué)才剛剛開始,，隨著21世紀(jì)科技向前發(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)域帶來更多見解?！?/p>

第三,，地面紅外望遠(yuǎn)鏡探測(cè)到了中子俘獲過程，從而首次提供確鑿證據(jù)證實(shí)中子星合并就是宇宙金,、鉑等超鐵元素的主要起源,，而之前天文學(xué)家只是推測(cè),。

去年2月，LIGO聯(lián)合創(chuàng)辦者基普·索恩（右）與雷納·韋斯（中）出席在華盛頓舉行的新聞發(fā)布會(huì),。

南非夸祖盧－納塔爾大學(xué)的引力波研究專家馬寅哲在發(fā)給記者的電子郵件中開玩笑說：“如果有人問戴金戒指的女性朋友,，她的金戒指從哪兒來？她應(yīng)該說,，這是從銀河系中的合并中子星那里產(chǎn)生的,。”

未解之謎

中子星是目前已知最小,、最致密的恒星,，由大質(zhì)量恒星在生命最后階段經(jīng)過超新星爆發(fā)形成，與太陽同質(zhì)量的中子星直徑只有20千米,，一小勺中子星物質(zhì)的質(zhì)量可達(dá)10億噸,。由于強(qiáng)引力，中子星的表面十分光滑,，最高的山也只有幾毫米高,。由于中子星在宇宙中很常見，天文學(xué)家一直期待著發(fā)現(xiàn)雙中子星合并的引力波信號(hào),。

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

去年2月,，LIGO執(zhí)行主任戴維·賴茨向媒體展示兩個(gè)黑洞合并產(chǎn)生的引力波信號(hào)圖像。

“GW170817不能回答所有這些問題,，但它給我們提供了以前沒有的信息,，并且表明引力波觀測(cè)是解答這些問題的一個(gè)切實(shí)可行的方法，”哈里說,。

他指出,，迄今探測(cè)到的5次引力波信號(hào)都與愛因斯坦的廣義相對(duì)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。

“到目前為止,，我們還沒有獲得任何新線索,，愛因斯坦的理論也許正確描述了我們的宇宙，無需任何修改或增加內(nèi)容,，”哈里說,，“但我們還有可能觀測(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,，依然沒有答案,。科學(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,。