人類首次“看到”引力波

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，且連續觀測時間更長。而在南極地區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，參與監測引力波電磁對應體

我國第一顆空間X射線天文衛星——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生時成功監測了引力波源所在的天區。對其伽馬射線電磁對應體（簡稱引力波閃）在高能區（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模的聯合觀測。然而，引力波事件發生時僅有4臺X射線和伽馬射線望遠鏡成功監測到爆發天區，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）在這個能區探測到引力波閃。慧眼望遠鏡憑借強大的探測性能，對該引力波閃在MeV能區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律。項目組通過對慧眼望遠鏡輔助探測器的創新性使用，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》）