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  • 从南极到太空:全球的第二场引力波盛会 中国没有缺席

    2017-10-17 06:57:00 来源:

    引力波举世瞩目的第二场盛会,中国没有缺席。北京时间10月16日22时,经历了“重磅预告”和议论纷纷的一个周末,全球各大科学机构终于同时揭晓了天文学界捂得很辛苦的一个大成果:科学家们首次探测到壮丽的双中子星并合产生的引力波,及其光学对应体。
     
    这不禁令人想起引力波初次亮相的时候。尽管在2015年就已成功探测到引力波,“激光干涉引力波天文台”(LIGO)捂到了2016年2月11日,即爱因斯坦提出广义相对论百年纪念时才公开消息。
     
     
     
    这第二次“大事件”,虽然不如首秀那么举世震惊,但世界各科研团队的参与,却成了一道蔚然壮观的风景线。除了LIGO和欧洲“处女座”(Virgo)引力波探测器“听”到双中子星合并产生的引力波信号外,全球共有70个地面及空间望远镜共同指向1.3亿光年外的NGC4993星系,“观看”跟随引力波而来的光学信号:X射线、紫外线、可见光、红外线以及射电波等。
     
    GW170817引力波事件背后的中国全景
     
    中国的身影异常活跃。中科院南京紫金山天文台和清华大学LIGO科学合作组织工作组事先宣布与LIGO等国际组织联合发布成果,先声夺人;消息揭晓后,中科院、中科院物理所等科研机构,《科技日报》等官方科学媒体,果壳网、知识分子、知社学术圈等知名科普新媒体都纷纷第一时间发稿,显是有备而来。透过这“八仙过海”的图像,我们得以拼出一张GW170817引力波事件背后的中国全景:
     
    时间倒回到北京时间8月17日20时41分,一段持续了100秒的信号划过LIGO探测器。数据指向了两个距离地球1.3亿光年的相互旋进的天体。分析显示这个天体系统的质量没有双黑洞大,估计为1.1~1.6倍太阳质量,恰好是中子星的质量范围。
     
    几乎同时,GRB 170817A伽玛短暴触发了NASA费米望远镜(Fermi)的伽马暴监测器。LIGO-Virgo的分析软件通过比较两信号,得出结论:这不太可能只是一个巧合。
     
    中国第一颗空间X射线天文卫星——“慧眼”HXMT望远镜,在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,对其伽马射线电磁对应体在高能区(MeV,百万电子伏特)的辐射性质给出了严格的限制。
     
    自北京时间2017年8月18日21:10起,中国南极巡天望远镜AST3合作团队利用正在中国南极昆仑站运行的第2台望远镜AST3-2对GW 170817开展了有效的观测,此次观测持续到8月28日,揭示了此次双中子星并合抛射出约1 %太阳质量的物质,这些物质以0.3 倍的光速被抛到星际空间,抛射过程中部分物质核合成,形成比铁还重的元素。来自紫金山天文台、南京大学的研究人员参与了其中的数据分析。
     
    除了“自带装备”的参与者外,中国还有始终对引力波探测进行技术支持的幕后英雄。清华大学信息技术研究院LIGO科学合作组织工作组就在引力波实时在线数据处理和多信使天文学方面开展了算法设计、性能优化与软件开发等方面的工作。
     
    此外,在理论层面上,这次中子星并合事件,也证明了由中国天文学家、北京大学教授李立新及其已故的合作者Bodhan Paczynski预言的巨新星现象。他们在1998年的构想中提出,中子星并合过程中的抛射物通过快中子复活过程会产生金、银等重元素,还会普遍产生持续时标短于2秒的伽玛暴。
     
    天文学界的“淘金”之旅刚刚开始
     
    由于这次成果间接说明了宇宙中重元素的起源,一些宣传把这次事件戏称为“淘金”事件。由此衍生出来的大量论文(如《自然》一期在线发表6篇),也佐证了引力波正是一座科研“富矿”。
     
    而从中国天文学家在其中的积极身影来看,“淘金”之旅才刚刚开始。
     
    首先,跟NASA动不动就宣布召开“重大”发布会,令普通民众隔三差五就要怀疑外星人是否要入侵地球了比起来,中国的科研机构们在过去显得过于腼腆。这次,中国天文学界的集体造势令人耳目一新。在未来,我们期待中国科学家们会更有自信、更积极地宣传科学成果。
     
    其次,随着引力波信号的到位,配合电磁波等信号,天文物理正式进入多信使时代。一处音符响起,无数根琴弦纷纷拨动,科学家们得以聆听到宇宙律动中的更多细节。我们可以期待从这座刚刚开启的富矿中挖掘海量成果。
     
    最后,中国正在加紧引力波探测器布局,兵分三路:贵州大窝凼中的“天眼”望远镜FAST将通过脉冲星计时阵列研究引力波,西藏阿里正通过建设世界海拔最高的望远镜寻找原初引力波,未来还会把引力波探测卫星送上太空。随着这些引力波探测器逐渐到位,中国在天文学研究上将更为主动,走向引领者。

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