人类首次同时探测到双中子星碰撞发出的引力波和光

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人类首次同时探测到双中子星碰撞发出的引力波和光

来源:南方都市报 日期:2017-10-20

 

 10月16日,美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)执行主任戴维·赖茨(左一)在华盛顿举行的新闻发布会上讲话。新华社发


  全球多国科学家16日同步举行新闻发布会,宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。美国东部时间8月17日8时41分(北京时间20时41分),美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)捕捉到这个引力波信号。此后2秒,美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴。这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件,标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。

  当地时间10月16日上午10时许,美国首都华盛顿全国记者协会的新闻发布会现场,美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)执行主任戴维·赖茨走上前台。台下黑压压一片记者,世界各地还有数以万计的网友正守候在网上观看直播。

  “女士们、先生们,上午好,”赖茨环顾左右,几乎一字一顿地宣布,“我们———第一次———‘看到’了两颗中子星碰撞发出的引力波和光。又一次,我们做到了!”

  今年8月17日,多国科学家合作,第一次直接探测到来自双中子星合并产生的引力波以及伴随的电磁信号,确认其来自距地球约1.3亿光年的长蛇座内N GC4993星系。

  望远镜探测、引力波探测结合使用,宇宙首次提供“有声电影”

  大约20个月前,就在同一个地方,也是由赖茨向全球宣布,人类首次探测到引力波,证实了百年前爱因斯坦广义相对论的预言。

  过去数千年历史长河中,天文学曾长期构建于古人的肉眼观测以及想象力。直到1609年伽利略率先将望远镜对准夜空,人类才开始用全新的方式认识宇宙,也就是借助光学手段“看”宇宙。

  如果宇宙是一部声色具备的电影,相信除了“看”,人类还希望能“听”到它的声音。从伽利略使用望远镜又过了400多年,人类2015年首次探测到引力波,才宣告掌握了“听”宇宙的全新手段。

  而直到今年8月17日事件之前,“看”宇宙和“听”宇宙,还只能二者选其一。随着望远镜探测和引力波探测第一次结合使用,历史再次改变。

  “这是宇宙第一次向我们提供‘有声电影’,”赖茨说,“我们从‘无声电影’跨入了‘有声电影’时代。”具体来说,声音是双中子星旋近过程发出的引力波信号,而图像就是相撞过程发出的光。

  证实爱因斯坦预言:伽马射线暴及引力波以光速传播

  美国航天局费米项目科学家朱莉·麦克内里在发布会上回忆道,8月17日那天早上很平常,早饭时间后,费米太空望远镜捕捉到伽马射线暴,时间持续不到两秒。因为每周都能捕捉到几个这种信号,她也没有特别在意。

  没想到过了半个小时,麦克内里收到同时为美国航天局和LIG O工作的同事的一封邮件。“‘快醒醒’,”麦克内里大声重复邮件的内容,引起发布会现场一片笑声,“这个伽马射线暴有个有趣的朋友”。

  这个“有趣的朋友”就是引力波。就在费米望远镜捕捉到伽马射线暴信号前的1.7秒,LIG O和欧洲“处女座”引力波探测器都探测到来自双中子星合并的信号。多年来,科学家一直推测短伽马射线暴来源于双中子星合并的剧烈过程,但直到此时才终获证实。

  引力波与伽马射线暴相伴经过了1.3亿光年的漫长旅程,以近2秒之差先后抵达地球。“这告诉我们,引力波与伽马射线暴以相同速度传播,都是光速,完全符合爱因斯坦的预言,”麦克内里说,“爱因斯坦又对了!”

  那么,这次事件的肇事者———两颗中子星碰撞的结局是什么?“我们实际上并没有确切的信息,”LIG O项目发言人戴维·休梅克在发布会上说,“如果成为黑洞,那将是已知质量最小的黑洞;还有一种可能是成为中子星,那将是已知质量最大的中子星。”

  当天在华盛顿举行的发布会分为先后两场,除了赖茨、麦克内里和休梅克外,还有“处女座”项目官员以及多名望远镜观测领域科学家参加。

  赖茨说,正是有了来自世界各地多个天文台数千名天文学家的共同参与,他们才能在两个月内把一个引力波事件的故事差不多讲完整。

  “又一次,我们做到了。但这次,我们大家都做到了。”他说。新华社

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  中子星引力波的十大事实

  多国天文学家16日宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星合并产生的引力波以及伴随的电磁信号。这是人类第一次既能“听到”也能“看到”引力波事件,标志着“多信使天文学”进入“耳聪目明”的新时代。

  此次探测到的编号为G W170817的引力波信号,确认来自距地球约1.3亿光年的长蛇座内NGC4993星系。以下是关于此次事件的10个关键事实。

  1

  这是引力波天文台和传统望远镜首次同时探测到同一个天文事件。8月17日,美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)率先捕捉到信号后,设在世界各地的传统望远镜从伽马射线、X光、可见光、红外和射电波等波段分别观测确认了GW170817的源头。

  2

  这是第一次观测到双子星合并产生的引力波信号。此前观测到的4例引力波事件均来自双黑洞合并。黑洞完全由扭曲时空构成,而中子星却是一个切实星体,因此观测到后者合并,有助深入了解核物质的行为。

  3

  此次观测到的引力波信号来自长蛇座内NGC4993星系,这是第一次确认位于我们银河系之外的双中子星系统。

  4

  仅在LIGO观测到引力波信号1.7秒后,美国费米太空望远镜探测到名为GRB170817A的伽马射线暴。这是第一次确认中子星碰撞是短伽马射线暴的一个来源,而以前只是理论推测。

  5

  此次观测到的伽马射线暴也是天文学家迄今所观测到距地球最近的伽马射线暴。

  6

  通过对此次事件的观测和光谱分析首次证实,中子星合并是宇宙中金银等重金属的主要来源。

  7

  中子星引力波信号使科学家能以全新方式校准宇宙膨胀速度,即所谓哈勃常数,从而回答一系列重大宇宙问题。

  8

  LIGO与欧洲“处女座”(Virgo)引力波探测器合作确定了此次信号的天空区域,使后续加入的望远镜迅速找到GW170817源头成为可能。

  9

  此次探测到的引力波和电磁信号几乎同时抵达地球,确认引力波与电磁信号一样以光速传播,证实了爱因斯坦的预言。

  10

  目前只有引力波探测设备能直接探测到中子星相撞前的场景。在此次事件中,LIGO捕捉到双中子星系统最终合并前100秒内发出的引力波信号。新华社