國際天文界再次被引力波刷屏。多國科學(xué)家１６日宣布，人類首次直接探測到雙中子星合并產(chǎn)生的引力波及其伴隨的電磁信號。中子星引力波怎么探測？引力波解答了哪些疑問？還有哪些未解之謎？“中國網(wǎng)事”記者就此采訪了有關(guān)科學(xué)家。

　　這張由加州理工學(xué)院和牛津大學(xué)提供的圖片顯示的是雙中子星GW170817合并的射電波觀測圖象。 新華社發(fā)

　　引力波怎么探測

　　北京時(shí)間１６日晚２２時(shí)，包括我國在內(nèi)的多國科學(xué)家宣布，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(shí)“看到”由這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號。

　　據(jù)科學(xué)家介紹，２０１７年８月１７日，美國激光干涉引力波天文臺（ＬＩＧＯ）發(fā)現(xiàn)一個(gè)新的引力波信號ＧＷ１７０８１７。這個(gè)信號是一個(gè)由雙中子星合并產(chǎn)生的引力波。全球約７０個(gè)地面及空間望遠(yuǎn)鏡從紅外、Ｘ光、紫外和射電波等多個(gè)波段開展后續(xù)觀測。這其中，也包括中國架設(shè)在昆侖站的南極巡天望遠(yuǎn)鏡ＡＳＴ３－２。

　　僅僅在ＬＩＧＯ觀測到引力波信號后的１．７秒，美國費(fèi)米太空望遠(yuǎn)鏡探測到名為ＧＲＢ１７０８１７Ａ的伽馬射線暴。“費(fèi)米幾乎在同一時(shí)間觀測到伽馬射線暴，讓我們更加興奮，也更有緊迫感。”加州理工學(xué)院ＬＩＧＯ數(shù)據(jù)分析小組負(fù)責(zé)人艾倫·溫斯坦教授回憶說。

　　ＬＩＧＯ和費(fèi)米在遇到強(qiáng)信號時(shí)，會自動向天文界發(fā)送警報(bào)。這是一場與時(shí)間的賽跑，世界范圍內(nèi)的望遠(yuǎn)鏡后續(xù)觀測隨即啟動。大約１１個(gè)小時(shí)后，位于智利的斯沃普望遠(yuǎn)鏡率先觀測到此次信號的光學(xué)對應(yīng)物——位于一個(gè)叫ＮＧＣ４９９３星系的雙中子星系統(tǒng)。

　　基于ＡＳＴ３－２獨(dú)立收集到的數(shù)據(jù)，科研人員還計(jì)算出，此次兩顆致密中子星合并的過程共拋射出超過３０００倍地球質(zhì)量的物質(zhì)，這些物質(zhì)攜帶有巨大能量，拋射速度達(dá)到０．３倍光速。

　　引力波也被稱為“時(shí)空的漣漪”。１９１６年，愛因斯坦基于廣義相對論預(yù)言，劇烈的天體活動會帶動周圍的時(shí)空一起波動，這就是引力波的由來。此后百年間，科學(xué)界一直在尋找引力波的存在。此前，人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)４例由雙黑洞合并產(chǎn)生的引力波。

　　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(gè)。

　　首先，這是人類第一次探測到雙中子星合并。ＬＩＧＯ項(xiàng)目組成員、美利堅(jiān)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(shí)空構(gòu)成，本質(zhì)上沒有物質(zhì)，而中子星卻是一個(gè)切實(shí)星體，因此能深入了解核物質(zhì)的行為。

　　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(jìn)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(shí)觀測到來自同一個(gè)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(tuán)隊(duì)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(shí)代。

　　“我想說的是，這是第一次我們既能‘看到’也能‘聽到’一個(gè)天文事件，這些不同的‘感官’體驗(yàn)將能給我們很多信息。”哈里說，“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。”

　　第三，地面紅外望遠(yuǎn)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(shí)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。”

　　還有哪些未解之謎

　　本次ＬＩＧＯ項(xiàng)目組宣布發(fā)現(xiàn)的引力波，來自距地球約１．３億光年處的雙中子星合并。與黑洞合并只產(chǎn)生引力波不同的是，中子星合并除了產(chǎn)生引力波外，還發(fā)出了大量的電磁波。

　　這就是讓天文學(xué)家感到興奮的“多信使天文學(xué)”。引力波和電磁波作為不同的“信使”，可以告訴我們同一個(gè)天文事件在不同方面的信息。美國田納西大學(xué)天體物理學(xué)教授邁克爾·吉德里說，“多信使天文學(xué)”是天文學(xué)家長期追求的“圣杯”，將對相關(guān)領(lǐng)域的未來產(chǎn)生巨大影響。

　　哈里說，如果沒有引力波研究，中子星的許多性質(zhì)都將是長期懸而未解的謎，包括在強(qiáng)引力作用下怎么彎曲變形、合并時(shí)將會發(fā)生什么情況、質(zhì)量多大時(shí)會形成黑洞等等。

　　“ＧＷ１７０８１７不能回答所有這些問題，但它給我們提供了以前沒有的信息，并且表明引力波觀測是解答這些問題的一個(gè)切實(shí)可行的方法。”哈里說。

　　他指出，迄今探測到的５次引力波信號都與愛因斯坦的廣義相對論理論完全吻合，但廣義相對論卻與量子力學(xué)不相容，因此一些觀點(diǎn)認(rèn)為廣義相對論需要修正。諸如ＧＷ１７０８１７等事件是少數(shù)能在引力極限情況下驗(yàn)證廣義相對論的辦法之一。“我們還有可能觀測到更強(qiáng)、更清晰的信號，那也許能向我們展示愛因斯坦引力理論所不能解釋的東西。”

　　具體到這次事件，雙中子星合并之后變成了什么，依然沒有答案。科學(xué)家列出了兩種可能性，一種是變成了非常大質(zhì)量的中子星，另一種是變成了黑洞。但不管是什么，它的質(zhì)量大約相當(dāng)于２．７４個(gè)太陽。（記者：林小春、王玨玢、彭茜、蔣芳、黃堃）