何以震驚天文學(xué)界

為什么中子星引力波引起天文界震動?專家們說，主要原因有三個。

首先，這是人類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，本質(zhì)上沒有物質(zhì)，而中子星卻是一個切實星體，因此能深入了解核物質(zhì)的行為。

10月16日，全球多國科學(xué)家同步舉行新聞發(fā)布會，宣布人類第一次直接探測到來自雙中子星合并的引力波，并同時“看到”這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號。

哈里說，中子星引力波可以用來直接測量到源的距離，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，即所謂哈勃常數(shù)，從而進一步回答宇宙從哪里來、又往哪里去等重大問題。

其次，這是人類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，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?！惫镎f，“引力波天文學(xué)才剛剛開始，隨著21世紀(jì)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)證實了中子星合并就是宇宙金、鉑等超鐵元素的主要起源地。

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)給記者的一份電子郵件中開玩笑說：“如果有人問帶著金戒指的女性朋友，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。”

發(fā)現(xiàn)金銀等元素誕生地

科學(xué)家對這次觀測興奮不已，還因為觀測將雙中子星并合與短伽馬射線暴直接聯(lián)系在一起，并首次觀測到巨新星現(xiàn)象，讓科學(xué)家能夠深入了解雙中子星并合的物理過程。

所謂伽馬射線暴，是天空中某一個方向伽馬射線輻射突然增亮的現(xiàn)象。根據(jù)伽馬射線暴時間長于或短于2秒，可分為長暴與短暴?？茖W(xué)家認(rèn)為，短伽馬射線暴源自雙中子星并合或中子星與黑洞并合，但一直沒有找到直接觀測證據(jù)。

巨新星則是1998年北京大學(xué)教授李立新(當(dāng)時為普林斯頓大學(xué)博士生)與普林斯頓大學(xué)已故教授Bodhan Paczynski合作提出的構(gòu)想?！半p中子星并合時向外拋射的物質(zhì)會通過快中子過程形成金、銀等重元素，并形成光學(xué)和近紅外輻射?！崩盍⑿抡f，這些輻射現(xiàn)象比超新星的亮度暗100倍，被稱為巨新星或千新星。

在此次觀測中，科學(xué)家捕獲了引力波信號、短伽馬射線暴信號以及光學(xué)信號。后續(xù)分析證明這些信號互相關(guān)聯(lián)，均來自雙中子星并合。我國在南極大陸安裝的南極巡天望遠鏡AST3也捕獲了并合的光學(xué)信號。

“有多名學(xué)者對巨新星理論進行過完善，這次的觀測結(jié)果非常吻合完善后的理論構(gòu)想?！崩盍⑿抡f。

“8月份，南極的冬天剛剛過去，目標(biāo)天體的地平高度較低，每天有2個小時左右的觀測時間。8月18日起，我們進行了10天的觀測，獲得了目標(biāo)天體的91幅圖像，并最終得到目標(biāo)天體的光變曲線，與巨新星理論預(yù)測高度吻合。”吳雪峰表示。2013年以來，科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多個巨新星候選體，此次是首次直接觀測到巨新星。

“理論上所有雙中子星并合都會形成巨新星。但通常它們比較暗弱，因此能不能看到取決于它們與我們的距離?！崩盍⑿抡f，幸運的是，這兩顆中子星離我們并不遙遠。