《環(huán)球科學(xué)》記者 李曉慧
2017年10月17日上午十點，清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)大樓與往常一樣平靜，只有二樓多功能廳的氛圍有些不同，這里即將舉行清華大學(xué)引力波成果發(fā)布會暨第六屆北京引力波研討會。國內(nèi)參與引力波研究的研究人員、關(guān)心引力波的學(xué)生、老師、媒體坐滿了整個多功能廳，大家期待著從親歷者口中聽到，第五次引力波探測究竟有什么不同。
多信使天文學(xué)——通往太空的新窗口
400年來，人類觀測宇宙使用的都是天文望遠鏡——“看”宇宙，直到2015年直接探測到引力波，人類才首次開始“聆聽”宇宙。而在2017年8月17日，人類首次同時“看見”并“聽見”宇宙。我們對宇宙的了解不再是盲人摸象，而變得“耳聰目明”。
整個事件要從北京時間2017年8月17日20時41分04秒說起，LIGO-Virgo引力波探測器網(wǎng)絡(luò)捕獲了一個來自兩個致密恒星遺跡（“中子星”）旋近的引力波信號。在引力波網(wǎng)絡(luò)觀測到整個信號后的1.7秒，命名為GRB170817A的伽瑪射線暴被費米伽瑪射線暴監(jiān)視系統(tǒng)探測到。
像GW170817（這次中子星合并事件）或者GRB170817A這樣的強信號可以引發(fā)其他天文觀測活動，因而常常被稱作“觸發(fā)器”。在這次的事件中，引力波和伽瑪射線觸發(fā)器生成了發(fā)送給天文界的警報，并發(fā)起了一場后續(xù)追蹤運動。最終，全球各地的天文臺探測到了許多來自這一事件，臨近 NGC4993星系衰退的光信號。
在首次探測之后的幾分鐘內(nèi)，全世界各地的望遠鏡就開始了忙碌的觀測。在智利的Swope望遠鏡第一個在星系NGC4993中報道觀測到明亮的光學(xué)源（SSS17a）。其他幾個團隊也在接下來的幾分鐘到幾小時內(nèi)獨立探測到了這個源。在接下來的幾個星期內(nèi)，天文學(xué)家在光譜不同波段上都投入了觀測設(shè)備，在那片區(qū)域進行觀測。整個追蹤過程，驚動了全世界70多家天文臺。這些觀測對這一災(zāi)變性事件提供了從并合前約100秒到并合后數(shù)星期的全面描述。
這些觀測驗證了這一假設(shè)：NGC4993中的兩個中子星并合，同時產(chǎn)生了引力波、短伽瑪暴和千新星。GW170817標(biāo)志著天文學(xué)的新時代——多信使天文學(xué)的到來。對引力波和電磁波進行協(xié)同觀測，一起研究同一個信號。
這一全球的追蹤運動構(gòu)成了一篇歷史性的學(xué)術(shù)文章——“Multi-messengers Observations of a Binary Neutron Star Merger”。這篇文章的作者包括全球近1000個研究機構(gòu)、3000多名研究人員，署名就用了10頁的篇幅。
“自2017年8月到現(xiàn)在，基于GW170817事件的發(fā)現(xiàn)，已有100余篇文章發(fā)表于世界頂級學(xué)術(shù)期，。”清華大學(xué)LIGO科學(xué)合作組織工作組負責(zé)人曹軍威說，“而此前每次引力波被探測到后，只有一篇文章發(fā)表?！倍嘈攀固煳膶W(xué)領(lǐng)域的出現(xiàn)，給天文學(xué)研究帶來了更多活力，以及更多的研究成果。
靈敏度提升，每天能探測到引力波
2015年9月，首次科學(xué)運行的LIGO就表現(xiàn)不俗，在四個月的運行期內(nèi)，探測到兩次來自雙黑洞并合的引力波事件。第一次科學(xué)運行結(jié)束之后，設(shè)備關(guān)閉進行升級。2016年11月30日，升級后的LIGO開啟了第二次科學(xué)運行。2017年8月1日，VIRGO正式加入LIGO的第二次科學(xué)運行，展開聯(lián)合觀測。到8月25日結(jié)束，整整運行了25天。升級之后的LIGO和Virgo配合默契，在三個探測器聯(lián)合運行到第14天時，發(fā)現(xiàn)了雙中子星并合的引力波事件，并引發(fā)了后續(xù)全球天文臺追蹤觀測及研究。
完成任務(wù)之后的LIGO、Virgo雙雙進入下一次升級階段，據(jù)LIGO科學(xué)合作組織稱，LIGO的第三次運行將于2018年秋季啟動。
“再次升級后的LIGO靈敏度會繼續(xù)提升，探測幾率有望提升8倍，”曹軍威說，“到時，每個月、甚至每天都會探測到引力波?！钡侥莻€時候，多信使天文學(xué)將會達到另一個高度，多信使觀測也許會成為常態(tài)，可以預(yù)期天文學(xué)領(lǐng)域?qū)瓉砜蒲谐晒谋ㄊ皆鲩L。
不過靈敏度提升后，對以清華大學(xué)LIGO工作組的研究人員為代表的數(shù)據(jù)處理工作組來說，壓力山大。LIGO在探測的過程中會產(chǎn)生大量的天文數(shù)據(jù)，多信使天文學(xué)對數(shù)據(jù)處理的速度要求更高，“為了捕捉跟引力波伴隨的時間很短的電磁信號，必須讓引力波信號處理零延遲?！鼻迦A大學(xué)LIGO科學(xué)合作組織工作組成員都志輝說，他在工作組中的主要工作之一是優(yōu)化致密雙星并合信號搜尋程序流水線，加速引力波數(shù)據(jù)處理速度。之前，他帶領(lǐng)團隊將SPIIR濾波方法的工作效率提升了120倍，這種方法使濾波階段的時間僅需要一秒鐘，“也就是說，一秒鐘就能夠完成上萬個引力波數(shù)據(jù)模板的匹配。”都志輝說?，F(xiàn)在，LIGO將探測到的數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)處理中心需要10秒，預(yù)處理工作需要10秒，濾波需要1秒，數(shù)據(jù)后處理需要10秒，一共是31秒左右?！拔覀兿Ｍ麑⑦@一時間壓縮到3-5秒?！倍贾据x對未來提升引力波數(shù)據(jù)處理速度信心滿滿。
2018年秋季，再次升級后的LIGO，引力波探測靈敏度進一步提升，高性能計算效率更高，將有更多的發(fā)現(xiàn)值得期待。
