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        人類首次“看到”引力波

        2017-03-11 17:07:12聶翠蓉
        領導月讀 2017年12期
        關鍵詞:能區(qū)巡天中子星

        聶翠蓉

        人類首次“看到”引力波

        聶翠蓉

        北京時間2017年10月16日22時,美國國家自然科學基金會邀請美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)、歐洲處女座(Virgo)引力波探測器以及世界各地70多家天文臺的科學家代表,共同宣布人類首次探測到來自雙中子星并合的新型引力波,并“看到”這次并合事件發(fā)出的電磁信號。

        中國南極巡天望遠鏡,探測到引力波首例光學信號

        中國科學院南京紫金山天文臺也在10月16日22時發(fā)布消息稱:中國南極巡天望遠鏡追蹤探測到引力波事件的首例光學信號,并證實雙中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素(金、銀)的起源地。

        自北京時間2017年8月18日21時10分起(即距離引力波事件發(fā)生24小時后),中國南極巡天望遠鏡AST3合作團隊利用正在中國南極昆侖站運行的第二臺望遠鏡AST3-2對GW170817開展了有效的觀測,此次觀測持續(xù)到8月28日,期間獲得了大量的重要數據,并探測到此次引力波事件的光學信號。這些數據揭示了此次雙中子星并合拋射出約1%太陽質量(超過3000個地球質量)的物質,這些物質以0.3倍的光速被拋到星際空間,拋射過程中部分物質核合成,形成比鐵還重的元素。因此,這次引力波的發(fā)現,證實了雙中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素(金、銀)的起源地。而過去,我們僅知道宇宙大爆炸產生了氫、氦等元素,大質量恒星爆發(fā)產生鐵等元素,而對其他重鐵元素究竟是怎么來的則一無所知,這也就意味著我們人類在探測未知世界的路上更近了一步。

        中國科學院紫金山天文臺研究員吳雪峰表示,AST3-2在南極地區(qū)觀測雙中子星并合產生的引力波事件有極大的便利,不僅地面干擾較小,且連續(xù)觀測時間更長。而在南極地區(qū)的所有天文望遠鏡中,僅有我國AST3-2觀測到引力波事件的光學信號,其他均未觀測到。

        AST3-2是我國在昆侖站安裝的第二臺南極巡天望遠鏡。其有效通光口徑50厘米,是南極現有最大的光學望遠鏡,并且完全實現了極端環(huán)境下的無人值守全自動觀測。目前,AST3-2主要進行超新星巡天、系外行星搜尋、引力波光學對應體探測等天文研究。

        中國慧眼望遠鏡,參與監(jiān)測引力波電磁對應體

        我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——慧眼HXMT望遠鏡(以下簡稱慧眼望遠鏡),在雙中子星并合產生引力波事件發(fā)生時成功監(jiān)測了引力波源所在的天區(qū)。對其伽馬射線電磁對應體(簡稱引力波閃)在高能區(qū)(MeV,百萬電子伏特)的輻射性質給出了嚴格的限制,為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機制作出了重要貢獻。

        因為該引力波事件具有極為重要的意義,天文學家使用了大量的地面和空間望遠鏡進行觀測,形成了一場天文學歷史上極為罕見的全球規(guī)模的聯(lián)合觀測。然而,引力波事件發(fā)生時僅有4臺X射線和伽馬射線望遠鏡成功監(jiān)測到爆發(fā)天區(qū),慧眼望遠鏡便是其中之一。

        在這些望遠鏡中,慧眼在0.2MeV—5MeV能區(qū)的探測接收面積最大、時間分辨率最好,因此對引力波閃(即編號為GRB170817A的伽馬射線暴)的MeV能區(qū)的伽馬射線輻射的探測能力最強。雖然此前人們普遍預計像本次事件這樣近距離(40Mpc,約1.3億光年)的雙中子星并合產生的引力波閃將極為明亮,但本次引力波事件產生的引力波閃出乎意料的暗弱,特別是在MeV能區(qū)的輻射十分微弱,導致沒有望遠鏡(包括慧眼在內)在這個能區(qū)探測到引力波閃?;垩弁h鏡憑借強大的探測性能,對該引力波閃在MeV能區(qū)的輻射性質給出了嚴格的上限。

        值得注意的是,慧眼望遠鏡本來的設計目標是探測黑洞和中子星等銀河系內的X射線天體,研究極端引力場條件下的物理規(guī)律。項目組通過對慧眼望遠鏡輔助探測器的創(chuàng)新性使用,獲得了額外的探測伽馬暴及引力波電磁對應體的能力,使其成為國際上正在運行的最重要的伽馬射線暴監(jiān)測設備之一,大大提高了望遠鏡的科學產出。

        (2017年10月17日《科技日報》)

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