美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，宣布激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)和室女座引力波天文臺(tái)(Virgo)于2017年8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件，國(guó)際引力波電磁對(duì)應(yīng)體觀測(cè)聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)該引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體。

各大天文臺(tái)要一起發(fā)布引力波新發(fā)現(xiàn)

南京紫金山天文臺(tái)：北京時(shí)間明晚10點(diǎn)，將會(huì)與LIGO聯(lián)合發(fā)布重大消息。

歐洲南方天文臺(tái)：北京時(shí)間明晚10點(diǎn)，將會(huì)發(fā)布重大消息。

清華大學(xué) LIGO 工作組：北京時(shí)間下周二上午，將會(huì)發(fā)布重大消息。

澳大利亞 OzGrav 團(tuán)隊(duì)：北京時(shí)間下周二上午，將會(huì)發(fā)布重大消息。

這兩天，南京紫金山天文臺(tái)、歐洲南方天文臺(tái)、清華大學(xué)LIGO工作組，澳大利亞OzGrav團(tuán)隊(duì)……全世界數(shù)十家天文機(jī)構(gòu)相繼宣布，準(zhǔn)備同時(shí)——北京時(shí)間10月16日22時(shí)(美國(guó)東部時(shí)間10月16日10時(shí))發(fā)布重大消息。發(fā)布會(huì)的邀請(qǐng)甚至用到了“前所未有”(Unprecedented)這樣的描述。

是什么重大消息引爆了整個(gè)天文圈?!引力波探測(cè)中的新發(fā)現(xiàn)和細(xì)節(jié)!

導(dǎo)讀：新的引力波是什么 堪稱(chēng)宇宙級(jí)盲人摸象(二),這次的引力波從哪兒來(lái)2015年9月14日，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)科學(xué)家們首次探測(cè)到了引力波，并于2016年2月11日發(fā)布，這是物理和天文學(xué)的一個(gè)里程碑，它證實(shí)了愛(ài)因斯坦1915年發(fā)表的廣義相對(duì)論中的一個(gè)重大預(yù)測(cè)，標(biāo)志著引力波天文學(xué)領(lǐng)域的開(kāi)始。(科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)

這次的引力波從哪兒來(lái)

2015年9月14日，美國(guó)激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)科學(xué)家們首次探測(cè)到了引力波，并于2016年2月11日發(fā)布，這是物理和天文學(xué)的一個(gè)里程碑，它證實(shí)了愛(ài)因斯坦1915年發(fā)表的廣義相對(duì)論中的一個(gè)重大預(yù)測(cè)，標(biāo)志著引力波天文學(xué)領(lǐng)域的開(kāi)始。

(科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)引力波)

2015年9月14日北京時(shí)間17:50:45分，激光干涉引力波觀測(cè)平臺(tái)的兩個(gè)探測(cè)器同時(shí)觀測(cè)到一個(gè)引力波瞬時(shí)事件，來(lái)自?xún)蓚€(gè)分別為29倍太陽(yáng)質(zhì)量與36倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，合并成一個(gè)62倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞，并損失了3個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，稱(chēng)為GW150914，距離我們約為 13億光年。

這個(gè)事件與愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言的一對(duì)互相旋轉(zhuǎn)的黑洞并合成一個(gè)黑洞的計(jì)算相符合。類(lèi)似事件的誤報(bào)率為203000出現(xiàn)一次。是人類(lèi)首次證實(shí)存在恒星級(jí)雙黑洞系統(tǒng)，是人類(lèi)首次直接探測(cè)到引力波。

從那時(shí)起，人類(lèi)已經(jīng)捕捉到了三起引力波事件，都是雙黑洞并合，最近的一次引力波事件是由LIGO和歐洲室女座天文臺(tái)(VIRGO)同時(shí)探測(cè)到。

當(dāng)前的引力波探測(cè)器能夠探測(cè)到的引力波有以下幾類(lèi)來(lái)源：

黑洞-黑洞并合，超新星不對(duì)稱(chēng)爆發(fā)，黑洞-中子星并合，或者，中子星-中子星并合。黑洞-黑洞并合幾乎不可能有光學(xué)對(duì)應(yīng)物，排除。超新星不對(duì)稱(chēng)爆發(fā)只有發(fā)生在銀河系內(nèi)部才可以被觀測(cè)到，排除。因此，只剩下兩種可能性：黑洞-中子星并合，或者，中子星-中子星并合。

2017年8月18日上午，德州大學(xué)奧斯汀分校的著名天文學(xué)家J. C. Wheeler 發(fā)了一條推特，聲稱(chēng)LIGO發(fā)現(xiàn)了新的引力波源，這個(gè)源伴隨著一個(gè)光學(xué)對(duì)應(yīng)物。

隨后，華盛頓大學(xué)西雅圖分校的天文學(xué)家Peter Yoachim也發(fā)了兩條推特，說(shuō)天文學(xué)家在距離我們約1億光年的NGC 4993星系發(fā)現(xiàn)了引力波及其光學(xué)對(duì)應(yīng)物，它們由兩個(gè)中子星并合后發(fā)出。

8月25日，Nature 新聞在它“傳謠”的頁(yè)面上追加了更新：

我們?cè)贚IGO和Virgo數(shù)據(jù)中初步指認(rèn)出一些非常有希望的引力波事件候選體，并且和天文觀測(cè)合作伙伴們共享了已知信息。我們?cè)趭^力工作，來(lái)確保這些候選體是確鑿的引力波事件，但我們需要時(shí)間來(lái)評(píng)估置信度，在那之后我們才能把結(jié)果向科學(xué)界及社會(huì)大眾公布。我們會(huì)在有消息后盡快讓各位知曉。

即使忽略Yoachim所說(shuō)的“由兩個(gè)中子星并合”這條信息，僅根據(jù)“引力波”、“光學(xué)對(duì)應(yīng)物”、“1億光年以外(銀河系之外)”，我們就可以先用排除法來(lái)確定傳言的引力波的來(lái)源了，也就是人類(lèi)探測(cè)到了來(lái)自中子星-中子星并合或者黑洞-中子星并合產(chǎn)生的引力波。分析會(huì)給出雙星的質(zhì)量，從而判斷出到底是哪一種。

天文界的又一波狂歡

黑洞并合幾乎只能是引力波，沒(méi)有電磁波會(huì)發(fā)射出來(lái)，不會(huì)伴隨其他現(xiàn)象。黑洞-中子星并合，或是中子星-中子星并合，會(huì)以電磁波的形式釋放出巨大的能量，都會(huì)產(chǎn)生極其豐富的天文現(xiàn)象，所以，可以在傳統(tǒng)的電磁波望遠(yuǎn)鏡中探測(cè)到這起事件及之后的余輝。一旦發(fā)生雙中子星并合，除了LIGO和VIRGO，更多的天文學(xué)家也能用手頭有的電磁波望遠(yuǎn)鏡來(lái)跟進(jìn)觀測(cè)引力波事件了，這必將引發(fā)一輪觀測(cè)的狂潮與狂歡。

在被發(fā)布會(huì)新聞刷屏出現(xiàn)之前，我們來(lái)預(yù)測(cè)一下，Wheeler與Yoachim提到的“光學(xué)對(duì)應(yīng)物”到底是什么?為什么可以根據(jù)引力波與其光學(xué)對(duì)應(yīng)物推測(cè)出這是與中子星有關(guān)的并合爆發(fā)事件?為什么說(shuō)這個(gè)發(fā)現(xiàn)是天文學(xué)的一個(gè)新紀(jì)元?

中子星幾乎完全由中子構(gòu)成，比普通物質(zhì)致密得多。它們的半徑雖然只有大約10千米，但卻可以比太陽(yáng)還重一些。典型的中子星質(zhì)量大約是太陽(yáng)的1.4倍，最大質(zhì)量大約有2到3個(gè)太陽(yáng)的質(zhì)量(精確數(shù)值至今尚未確定)。

如果一個(gè)雙星系統(tǒng)由中子星-中子星，或者黑洞-中子星構(gòu)成，它們會(huì)繞著共同的中心旋轉(zhuǎn)。根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，旋轉(zhuǎn)的過(guò)程會(huì)不斷輻射出引力波，導(dǎo)致系統(tǒng)能量降低，軌道縮小。經(jīng)過(guò)大約幾億年，雙星系統(tǒng)撞在一起，釋放出猛烈的引力波。

后來(lái)的更仔細(xì)研究認(rèn)為，地球以及宇宙中其他地方的金、銀、鈾等重金屬大多是黑洞-中子星并合以及中子星-中子星并合拋出的碎塊中形成的。據(jù)估計(jì)，中子星的一次碰撞，拋出的碎塊中形成的黃金足有300個(gè)地球那么重。也就是說(shuō)，你的金戒指或者金項(xiàng)鏈里面，大部分黃金是至少幾十億年前中子星與中子星或黑洞碰撞后的碎塊里產(chǎn)生的。這些碎片被撒入廣袤無(wú)垠的太空中，其中的一部分與其他大量物質(zhì)在46億年前凝成了我們的地球。

這些碎塊內(nèi)部則形成的大量放射性元素發(fā)生衰變與裂變，釋放出大量的伽瑪射線和高能電子，將整團(tuán)物質(zhì)加熱到上萬(wàn)度，發(fā)出大量光芒。科學(xué)家稱(chēng)這些碎塊為“千新星(kilonovae)”。這些千新星亮度大約是太陽(yáng)亮度的幾千萬(wàn)倍。

Wheeler和 Yoachim 提到的“引力波的光學(xué)對(duì)應(yīng)物”指的是“千新星”。

早在引力波探測(cè)器有能力探測(cè)引力波之前，就有許多學(xué)者提出，將來(lái)的引力波探測(cè)器一旦探測(cè)到涉及中子星的并合事件，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡就可以探測(cè)到伴隨的“千新星”，并利用千新星的精確定位來(lái)確定引力波發(fā)生的精確位置。

天文學(xué)家Peter Yoachim在推特里說(shuō)，這次發(fā)現(xiàn)引力波的NGC 4993星系距離我們1.3億光年，這個(gè)距離，確實(shí)是足夠讓天文學(xué)家同時(shí)觀測(cè)到這兩類(lèi)現(xiàn)象的。

同時(shí)發(fā)現(xiàn)了引力波與光學(xué)對(duì)應(yīng)體(千新星)只是天文界如此激動(dòng)的原因之一。天文學(xué)家激動(dòng)的另一個(gè)原因是，黑洞/中子星-中子星并合還會(huì)產(chǎn)生其他多類(lèi)現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)有的理論，黑洞/中子星-中子星并合之后，大部分物質(zhì)直接融入新的中心天體(基本上為黑洞)之中，但有一小部分物質(zhì)被拋出。

這些被拋出的物質(zhì)又有兩種命運(yùn)。其中一部分逃逸到太空，成為千新星。這些物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，與星際介質(zhì)相互作用，會(huì)加速星際介質(zhì)中的電子，發(fā)出射電輻射。

另一部分物質(zhì)在黑洞周?chē)纬梢粋€(gè)盤(pán)或者環(huán)，落入中心，構(gòu)成一個(gè)“黑洞-吸積盤(pán)”系統(tǒng)。這個(gè)系統(tǒng)會(huì)在黑洞的旋轉(zhuǎn)軸方向形成噴泉一樣的“噴流”，噴流內(nèi)部形成伽瑪射線暴(伽瑪暴)，持續(xù)時(shí)間一般不超過(guò)2秒(短伽瑪暴)。噴流繼續(xù)在太空中前進(jìn)，與星際介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生X射線、光學(xué)、射電等多波段輻射，這就是伽瑪暴的余輝。

因此，黑洞/中子星-中子星并合，理論上至少產(chǎn)生五類(lèi)現(xiàn)象：引力波、千新星、千新星掃除物質(zhì)發(fā)出的射電輻射、短伽瑪暴，和短伽瑪暴的余輝。

伴隨一個(gè)光學(xué)對(duì)應(yīng)物的引力波應(yīng)該確實(shí)被發(fā)現(xiàn)了，二者來(lái)自中子星-中子星并合或者黑洞-中子星并合。無(wú)論是哪一種，都一樣重要，都將是天文學(xué)的一個(gè)偉大里程碑，天文學(xué)的下一個(gè)盛宴與狂歡也才剛剛開(kāi)始。