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科学技术 / 发现 / 宇宙探索

人类首次发现双中子星碰撞出的引力波

文字:[大][中][小] 2017-10-17  浏览次数:23128

新华社北京10月16日电(记者林小春王珏玢彭茜)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。

这张由加州理工学院和牛津大学提供的图片显示的是双中子星GW170817合并的射电波观测图象。新华社发

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。

“几十年来,我们一直孜孜以求准备探测双中子星合并的引力波,”美国加州理工学院LIGO数据分析小组负责人艾伦·温斯坦教授说,“那天早上,我们所有的梦想成真。”

LIGO项目组在美国华盛顿发布这一重大发现。中国、德国、英国和法国等国科学家也各自举行新闻发布会。相关论文发表在《科学》《自然》等学术期刊上。

引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪,宛如石头丢进水里产生的波纹。百年前,爱因斯坦广义相对论预言了引力波的存在,但直到2015年人类才首次探测到引力波,3名美国科学家因此获得今年的诺贝尔物理学奖。

在8月17日的事件中,全球约70个地面及空间望远镜从红外、X射线、紫外和射电波等波段开展观测,确认引力波信号来自距地球约1.3亿光年的长蛇座内NGC4993星系。

美国田纳西大学天体物理学教授迈克尔·吉德里告诉新华社记者,多信使天文学结合使用多种探测手段,是引力波天文学的一个“圣杯”,“这样的探测将在天文学和天体物理的许多领域开启全新的探索途径。”

中国紫金山天文台副研究员金志平参与的国际团队,通过对此次引力波光学信号的观测和光谱分析,首次提供确凿证据证实,中子星合并是宇宙中金银等元素的主要起源。金志平说:“这就是宇宙中的‘巨型黄金制造厂’。”

科普:引力波与宇宙级“盲人摸象”

新华社北京10月16日电(记者黄堃林小春)最新关于双中子星合并产生引力波的发现备受关注。许多科学家评论说,这标志着“多信使天文学”进入一个新时代。那什么是多信使天文学?打个比方,这就是宇宙级的“盲人摸象”。

“我们常说天文学研究是‘盲人摸象’,因为宇宙太大了,要了解它太难了,一种手段往往只能了解一个方面的信息,”中国科学院国家天文台科学传播中心主任郑永春研究员说,“引力波提供了一种与以往观测方式完全不同的手段,使多信使天文学进入一个新时代。”

两颗中子星的并合会产生剧烈的爆炸,这样的事件会把重元素抛洒到太空中。图片来源:ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

从古人单凭肉眼仰望星辰,到伽利略第一个将天文望远镜对向星空,人类曾经观察宇宙的唯一方式就是光线。但这种观测不仅受到天气条件的约束,所获得的信息也受到可见光载体的限制。

随着科学的发展,人们逐渐认识到在可见光之外,宇宙中还存在X射线、无线电波等看不见的电磁波。通过探测它们,可以触摸到宇宙这只“大象”的另外一些方面。比如黑洞的引力让光线也无法逃脱,人们无法看见黑洞,但是它会释放出很强的X射线,让天文学家得以分析黑洞的若干性质。

“X射线、可见光、无线电波都是电磁波,只是波长不同,所以逐渐发展出‘全波段天文学’,就是用各种波段来研究同一个天文现象,能得到更客观和更深刻的认识,”郑永春说,“还是用‘盲人摸象’打比方,用不同方式摸得多了,宇宙的‘形态’也能慢慢呈现出来。”

引力波的发现,又提供了一种全新的“摸象”方式。引力波是与电磁波本质不同的物理现象,虽然百年前爱因斯坦的广义相对论就预言了引力波的存在,但由于相关信号非常微弱,直到2015年才由美国“激光干涉引力波天文台”(LIGO)第一次探测到由双黑洞合并产生的引力波信号。

科学家想象中的中子星内部结构。图片来源:Wikipedia | 翻译:易舒序

本次LIGO项目组宣布发现的引力波,来自距地球约1.3亿光年处的双中子星合并。与黑洞合并只产生引力波不同的是,中子星合并除了产生引力波外,还发出了大量的电磁波。对于这次事件,全球约70个地面及空间望远镜从红外、X射线、紫外和射电等波段进行了观测。这是有史以来第一次,人类同时探测到来自同一个天文事件的引力波与电磁波。

 

这就是让天文学家感到兴奋的“多信使天文学”。引力波和电磁波作为不同的“信使”,可以告诉我们同一个天文事件在不同方面的信息。美国田纳西大学天体物理学教授迈克尔·吉德里说,“多信使天文学”是天文学家长期追求的“圣杯”,将对相关领域的未来产生巨大影响。

从肉眼观星到使用望远镜,从“全波段天文学”到“多信使天文学”,人类认识宇宙的手段在逐渐丰富,这头仍有不少谜团的宇宙“大象”,最终会向人类展示出它的真面