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，主要原因有三個(gè)。

首先，這是人類第一次探測到雙中子星合并。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，因此能深入了解核物質(zhì)的行為。

10月16日，全球多國科學(xué)家同步舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣布人類第一次直接探測到來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，中子星引力波可以用來直接測量到源的距離，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，這是人類第一次同時(shí)觀測到來自同一個(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)向前發(fā)展，我們可以期待引力波觀測將為宇宙學(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。”

第三，地面紅外望遠(yuǎn)鏡探測到了中子俘獲過程，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玩笑說：“如果有人問帶著金戒指的女性朋友，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。”

發(fā)現(xiàn)金銀等元素誕生地

科學(xué)家對(duì)這次觀測興奮不已，還因?yàn)橛^測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)間長于或短于2秒，可分為長暴與短暴。科學(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，但一直沒有找到直接觀測證據(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。“雙中子星并合時(shí)向外拋射的物質(zhì)會(huì)通過快中子過程形成金、銀等重元素，并形成光學(xué)和近紅外輻射。”李立新說，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)，均來自雙中子星并合。我國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)行過完善，這次的觀測結(jié)果非常吻合完善后的理論構(gòu)想。”李立新說。

“8月份，南極的冬天剛剛過去，目標(biāo)天體的地平高度較低，每天有2個(gè)小時(shí)左右的觀測時(shí)間。8月18日起，我們進(jìn)行了10天的觀測，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)測高度吻合。”吳雪峰表示。2013年以來，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。”李立新說，幸運(yùn)的是，這兩顆中子星離我們并不遙遠(yuǎn)。