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(xué)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(xué)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(yuǎn)鏡，探測到引力波首例光學(xué)信號

中國科學(xué)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(yuǎn)鏡追蹤探測到引力波事件的首例光學(xué)信號，并證實(shí)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(yuǎn)鏡AST3合作團(tuán)隊(duì)利用正在中國南極昆侖站運(yùn)行的第二臺望遠(yuǎn)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(shù)據(jù)，并探測到此次引力波事件的光學(xué)信號。這些數(shù)據(jù)揭示了此次雙中子星并合拋射出約1%太陽質(zhì)量（超過3000個地球質(zhì)量）的物質(zhì)，這些物質(zhì)以0.3倍的光速被拋到星際空間，拋射過程中部分物質(zhì)核合成，形成比鐵還重的元素。因此，這次引力波的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)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(chǎn)生了氫、氦等元素，大質(zhì)量恒星爆發(fā)產(chǎn)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?nèi)祟愒谔綔y未知世界的路上更近了一步。

中國科學(xué)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(chǎn)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(yuǎn)鏡中，僅有我國AST3-2觀測到引力波事件的光學(xué)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(yuǎn)鏡。其有效通光口徑50厘米，是南極現(xiàn)有最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，并且完全實(shí)現(xiàn)了極端環(huán)境下的無人值守全自動觀測。目前，AST3-2主要進(jìn)行超新星巡天、系外行星搜尋、引力波光學(xué)對應(yīng)體探測等天文研究。

中國慧眼望遠(yuǎn)鏡，參與監(jiān)測引力波電磁對應(yīng)體

我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——慧眼HXMT望遠(yuǎn)鏡（以下簡稱慧眼望遠(yuǎn)鏡），在雙中子星并合產(chǎn)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(yīng)體（簡稱引力波閃）在高能區(qū)（MeV，百萬電子伏特）的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的限制，為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機(jī)制作出了重要貢獻(xiàn)。

因?yàn)樵撘Σㄊ录哂袠O為重要的意義，天文學(xué)家使用了大量的地面和空間望遠(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。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(yuǎn)鏡成功監(jiān)測到爆發(fā)天區(qū)，慧眼望遠(yuǎn)鏡便是其中之一。

在這些望遠(yuǎn)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(qiáng)。雖然此前人們普遍預(yù)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(chǎn)生的引力波閃將極為明亮，但本次引力波事件產(chǎn)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(dǎo)致沒有望遠(yuǎn)鏡（包括慧眼在內(nèi)）在這個能區(qū)探測到引力波閃?；垩弁h(yuǎn)鏡憑借強(qiáng)大的探測性能，對該引力波閃在MeV能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的上限。

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。項(xiàng)目組通過對慧眼望遠(yuǎn)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(yīng)體的能力，使其成為國際上正在運(yùn)行的最重要的伽馬射線暴監(jiān)測設(shè)備之一，大大提高了望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)產(chǎn)出。

（2017年10月17日《科技日報》）