雙中子星并合引力波：聽(tīng)到“雷鳴”看到“電閃”

劉紅薇

編者按：2017年10月16日，科學(xué)家們?cè)诙鄧?guó)宣布成功探測(cè)到第一例雙中子星并合引力波事件，人類首次窺見(jiàn)引力波源頭的奧秘。中國(guó)包括南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3-2、國(guó)內(nèi)首顆空間X射線天文衛(wèi)星“慧眼”在內(nèi)的多臺(tái)設(shè)備參與觀測(cè)，中國(guó)南極望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)數(shù)據(jù)還幫助人們理解了宇宙中金、銀等超重元素的產(chǎn)生之謎。

人類從此變得耳聰目明

人類對(duì)于廣袤無(wú)垠的宇宙的探索從未停止過(guò)。古人常常仰望星空，夜觀星像。今天，人類建造了各種太空望遠(yuǎn)鏡和地面望遠(yuǎn)鏡對(duì)宇宙進(jìn)行觀測(cè)，使遙遠(yuǎn)宇宙的奧秘和美麗一覽無(wú)遺。但是面對(duì)波瀾壯闊的宇宙，人類一直只能看、不能聽(tīng)，仍然是聾子。就像我們來(lái)到海邊，如果只能看到海潮而不能聽(tīng)到濤聲，那豈不是很遺憾？

直到2015年9月，人類第一次探測(cè)到了雙黑洞并合時(shí)產(chǎn)生的引力波。探測(cè)引力波的儀器實(shí)際上是感受引力波的振動(dòng)。它極為靈敏，即使對(duì)儀器的振動(dòng)幅度只有一個(gè)原子核大小的萬(wàn)分之一到千分之一。它也能感受到。因此，它就是人類的助聽(tīng)器，人類終于不再是聾子了！但是，所有的望遠(yuǎn)鏡都沒(méi)有在產(chǎn)生引力波的過(guò)程中看到有任何光發(fā)出來(lái)，難道人類只能非聾即瞎？

終于，在2017年8月17日，人類首次“聽(tīng)”到了雙中子星并合產(chǎn)生的引力波以及“看”到了伴隨的電磁信號(hào)（也就是各種光）。至此，人類不僅聽(tīng)到了宇宙劇烈爆發(fā)的聲音，同時(shí)也看到了爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的各種電磁輻射，包括紅外線、紫外線、×射線、伽馬射線和射電波段等多個(gè)波段的各種“光”。聽(tīng)到了“雷鳴”看到了“電閃”，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所的張雙南研究員形容說(shuō)：“人類從此變得耳聰目明了。”

巡天、慧眼貢獻(xiàn)大

此次探測(cè)和觀測(cè)雙中子星并合產(chǎn)生引力波事件，中國(guó)的兩臺(tái)望遠(yuǎn)鏡和全球大約70個(gè)空間和地面望遠(yuǎn)鏡一起做出了重要貢獻(xiàn)。由于這兩個(gè)中子星位于南天，中國(guó)本土的望遠(yuǎn)鏡不能觀測(cè)，所以動(dòng)用了一臺(tái)中國(guó)放置于南極的望遠(yuǎn)鏡和一臺(tái)中國(guó)的空間望遠(yuǎn)鏡。

位于南極昆侖站的巡天望遠(yuǎn)鏡AST3-2，在引力波發(fā)生后的24小時(shí)后，對(duì)該事件開(kāi)展了有效的持續(xù)觀測(cè)。在觀測(cè)到第10天時(shí)。它也看到了此次引力波事件對(duì)應(yīng)的光學(xué)信號(hào)。

而剛剛于2017年6月15日發(fā)射、還處于測(cè)試階段的硬×射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡（HXMT）衛(wèi)星——慧眼，其上搭載的有效載荷是由中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所承擔(dān)研制的，它成功地監(jiān)測(cè)了引力波產(chǎn)生的天區(qū)?；垩坌l(wèi)星上搭載了高、中、低能X射線望遠(yuǎn)鏡，在0.2～5兆電子伏的伽馬射線能區(qū)探測(cè)面積最大、時(shí)間分辨率最好，對(duì)伽馬射線暴具有非常強(qiáng)的探測(cè)能力。

在8月17日晚上21：30左右?；垩蹐F(tuán)隊(duì)收到了LIGO探測(cè)到GWl70817引力波事件的通知。立刻通知地面站和衛(wèi)星聯(lián)系，優(yōu)先下傳了觀測(cè)數(shù)據(jù)，連夜做了周密的分析。按照現(xiàn)有理論模型，兩個(gè)中子星并合產(chǎn)生的伽馬射線暴都很亮且能量很高，然而此次雙中子星并合產(chǎn)生的伽馬射線暴卻出乎意料的軟且暗，慧眼衛(wèi)星并沒(méi)有探測(cè)到顯著的伽馬射線暴的信號(hào)。但憑借強(qiáng)大的探測(cè)性能，慧眼衛(wèi)星對(duì)該伽馬射線暴在兆電子伏伽馬射線能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的上限，這對(duì)于理解此次極端天體物理過(guò)程極為重要?；垩蹐F(tuán)隊(duì)帶著這個(gè)重要的結(jié)果加入了發(fā)現(xiàn)雙中子星引力波事件的歷史性論文，并且在約70個(gè)團(tuán)隊(duì)中排在第7位。endprint