這兩天，包括紫金山天文臺和美國宇航局在內(nèi)，全球竟有數(shù)十家天文研究機構(gòu)聯(lián)合宣布，將在北京時間16號晚上10點，也就是昨晚10點，宣布一個重大消息，內(nèi)容保密。

這次“引力波大新聞”亮點之一是中國的紫金山天文臺南極天文中心能夠跟美國宇航局聯(lián)合發(fā)布。

到底是什么大發(fā)現(xiàn)，讓世界各地的天文研究機構(gòu)都發(fā)出“預(yù)警”，還都神秘地“守口如瓶”？

北京時間10月16日晚上10點，謎底揭開：

包括美國、中國在內(nèi)的多國科學(xué)家同時宣布，成功探測到第一例雙中子星引力波事件，人類首次窺見引力波源頭的奧秘。

▲10月16日，多國科學(xué)家宣布人類第一次探測到雙中子星并合引力波，并同時“看到”該宇宙事件發(fā)出的電磁信號。圖片顯示，中子星并合過程中光譜信號變化證實，宇宙金、鉑等超鐵元素的主要起源。

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這次中子星引力波為何引起天文界震動？

引力波是由黑洞、中子星等碰撞產(chǎn)生的一種時空漣漪，宛如石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋。1916年，愛因斯坦廣義相對論預(yù)言了引力波的存在，但直到2015年人類才首次探測到引力波。

《自然》文章稱，與此前LIGO探測到的雙黑洞并合引力波不同，雙中子星并合不僅產(chǎn)生引力波，還產(chǎn)生電磁波，因此雙中子星并合可以被引力波探測設(shè)備“聽”到，還可以被天文望遠(yuǎn)鏡“看”到。此外，雙黑洞并合引力波一般持續(xù)1秒甚至更短時間，而雙中子星并合引力波可持續(xù)1分鐘之久。

首先，第一次探測到雙中子星合并。

LIGO項目組成員、美利堅大學(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。黑洞完全由扭曲時空構(gòu)成，而中子星卻是一個切實星體，觀測兩個中子星合并與觀測兩個原子核合并“并沒有什么不同”，因此能深入了解核物質(zhì)的行為。

哈里說，中子星引力波可以用來直接測量到引力波源頭的距離，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。

其次，第一次同時觀測到來自同一個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，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隊之間開展合作的重要性，也標(biāo)志著多信使天文學(xué)跨入新時代。

“我想說的是，這是第一次我們既能‘看到’也能‘聽到’一個天文事件，這些不同的‘感官’體驗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)鏡探測到了中子俘獲過程，從而第一次提供確鑿證據(jù)證實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。

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。”

引力波示意圖

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發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波的意義？

南京大學(xué)與加州伯克利分校天體物理學(xué)博士研究生王善欽表示，自2015年首次探測到引力波以來，探測到的引力波事件都是黑洞-黑洞并合，沒有令人信服的電磁波對應(yīng)物被探測到。這次雙中子星并合產(chǎn)生的引力波首次實現(xiàn)了引力波與電磁波各波段聯(lián)合觀測。也就是說，在以后天文觀測中，可通過引力波、電磁波、高能宇宙線、中微子中的兩個或者多個進(jìn)行聯(lián)合觀測。

“這有助于更全面了解天文現(xiàn)象發(fā)生的全貌。單獨觀測引力波，只能知道伽馬射線暴之前發(fā)生了什么；單獨觀測伽馬射線，只能知道伽馬射線暴之后發(fā)生了什么。多信使觀測，可以給我們一個完整的事件過程?！敝袊茖W(xué)院國家天文臺、西澳大學(xué)國際射電天文研究中心在讀博士劉博洋說。

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該天文事件對“日?！鄙畹挠绊?？

雙中子星并合引力波的發(fā)現(xiàn)對全球天文學(xué)界來說是一次狂歡，其對我們的日常生活有哪些影響呢？

報道稱：中子星的一次碰撞，拋出的碎塊中形成的黃金足有300個地球那么重。也就是說，你的金戒指或者金項鏈里面，大部分黃金是至少幾十億年前中子星與中子星或黑洞碰撞后的碎塊里產(chǎn)生的。這些碎片被撒入廣袤無垠的太空中，其中的一部分與其他大量物質(zhì)在46億年前凝成了我們的地球。

“就像兩個雞蛋碰撞，蛋清和蛋黃會掉出來，掉出來的同時會發(fā)生一些物理過程，這會產(chǎn)生大量的金元素?！眲⒉┭笥猛ㄋ椎恼Z言解釋了這一現(xiàn)象。

“中子星合并是宇宙的‘巨型黃金制造廠’，借助引力波探究中子星，可以讓人類窺見金、銀等超鐵元素，是如何在宇宙‘盛大焰火’中產(chǎn)生的?！?/strong>中科院紫金山天文臺副研究員金志平參加的國際團隊，通過引力波光學(xué)信號的觀測和光譜分析確定，中子星合并確實是宇宙中金銀等超鐵元素的主要起源地。

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中國慧眼衛(wèi)星做出重要貢獻(xiàn)

引力波事件發(fā)生時僅有4臺X射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測到爆發(fā)天區(qū)，我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——“慧眼”HXMT望遠(yuǎn)鏡便是其中之一，我國還以合作組形式加入報告本次歷史性發(fā)現(xiàn)的論文（即發(fā)現(xiàn)論文）。該論文已于10月16日正式發(fā)表。

因為此次引力波事件具有極為重要的意義，天文學(xué)家使用了大量地面和空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測，形成了一場天文學(xué)歷史上極為罕見的全球規(guī)模的聯(lián)合觀測。我國設(shè)在南極點冰穹A（也是我國第三個南極科學(xué)考察站）的“南極巡天望遠(yuǎn)鏡”在這次科學(xué)觀測中發(fā)揮了重要作用。

中國為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機制做出了重要貢獻(xiàn)，我國科研人員還借助引力波光譜解開了宇宙中金、銀等超鐵元素的產(chǎn)生之謎。

“慧眼”望遠(yuǎn)鏡的探測結(jié)果。對本次引力波事件產(chǎn)生的高能電磁對應(yīng)體，即編號為GRB170817A的伽馬暴，及其先兆和延展輻射在MeV能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的上限約束。

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中國在引力波電磁對應(yīng)體的探測研究上或達(dá)國際領(lǐng)先水平

值得注意的是，“慧眼”望遠(yuǎn)鏡本來的設(shè)計目標(biāo)是探測黑洞和中子星等銀河系內(nèi)的X射線天體，研究極端引力場條件下的物理規(guī)律。

“慧眼”衛(wèi)星由國家國防科技工業(yè)局和中國科學(xué)院聯(lián)合資助建造，于2017年6月15日從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，開始為期5個月的試運行。中科院高能物理研究所（粒子天體物理重點實驗室）負(fù)責(zé)望遠(yuǎn)鏡觀測運行以及數(shù)據(jù)處理。參與本次引力波事件觀測時，“慧眼”望遠(yuǎn)鏡剛剛試運行2個月。試運行結(jié)束后“慧眼”望遠(yuǎn)鏡將開始正式的科學(xué)觀測，同時繼續(xù)監(jiān)測研究引力波閃。

此外，在LIGO合作組2016年宣布探測到引力波之后，發(fā)現(xiàn)引力波事件的電磁對應(yīng)體便成為最重要的天體物理問題之一。在“慧眼”望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)基礎(chǔ)之上，中國科學(xué)院高能物理研究所提出了專門探測引力波閃的引力波高能電磁對應(yīng)體全天監(jiān)測器項目（GECAM），并將其命名為“閃電”。

熊少林說：“目前，在中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究計劃的支持下， “閃電”項目的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及方案設(shè)計的大部分工作已經(jīng)完成。如果立即立項，可以在2020年前發(fā)射升空，從而趕上與最佳靈敏度的LIGO和Virgo等引力波探測器進(jìn)行聯(lián)合觀測，并與“慧眼”望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合獲得寬能區(qū)范圍內(nèi)引力波閃的性質(zhì)，實現(xiàn)最大的科學(xué)產(chǎn)出，使我國在引力波電磁對應(yīng)體的探測研究上達(dá)到國際領(lǐng)先水平。”

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拓展閱讀

引力波大事記

●1915年

愛因斯坦提出廣義相對論。1916年，愛因斯坦發(fā)表論文，認(rèn)為當(dāng)物質(zhì)分布改變時，時空也會相應(yīng)變化，這一變化會以波動的形式以光速傳播。這就是引力波的由來。自2015年首次直接探測引力波，人類已尋找了它100年。

●2015年9月14日    

LIGO完成了人類歷史上第一次引力波探測。一個36太陽質(zhì)量的黑洞與一個29太陽質(zhì)量的黑洞的碰撞，然后并合為一個62太陽質(zhì)量的黑洞，失去的3太陽質(zhì)量轉(zhuǎn)化為引力波的能量。

●2015年12月26日、2017年1月4日、2017年8月14日    

LIGO又先后三次探測到黑洞并合產(chǎn)生的引力波。

●2017年10月3日    

由于在引力波領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)，麻省理工學(xué)院雷納·韋斯（Rainer Weiss）、加州理工學(xué)院基普·索恩（Kip Thorne）和巴里·巴里什（Barry Barish）被授予2017年諾貝爾物理學(xué)獎，業(yè)內(nèi)皆稱此次引力波獲獎是“眾望所歸”。