LIGO攜手Virgo 人類首次探測(cè)到雙中子星并合引力波事件
北京時(shí)間2017年10月16日22點(diǎn)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)召開新聞發(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(編號(hào)GW170817)，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。這是人類第一次同時(shí)探測(cè)到引力波及其電磁對(duì)應(yīng)體，是引力波天文學(xué)的極為重要的里程碑，在天文學(xué)以及物理學(xué)發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義，正式開啟了引力波天文學(xué)時(shí)代。
雙中子星并合過程既能產(chǎn)生引力波，又能產(chǎn)生電磁波(圖片來自網(wǎng)絡(luò))
引力波是愛因斯坦廣義相對(duì)論中的重要推論。時(shí)間和空間會(huì)在質(zhì)量面前彎曲，時(shí)空在伸展和壓縮的過程中，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)傳播開來，這些振動(dòng)就是引力波。我們?cè)诘厍蛏想S時(shí)隨地都可能遭遇來自宇宙中各種源頭的引力波：兩個(gè)黑洞合并、中子星自轉(zhuǎn)、超新星核塌縮等，因此被人們形象地稱之為“時(shí)空漣漪”。自從2015年9月14日LIGO首先發(fā)現(xiàn)雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波事件(編號(hào)GW150914)以來，已經(jīng)探測(cè)到4例引力波事件，包括前不久LIGO和Virgo聯(lián)合探測(cè)的GW170814.
引力波的直接探測(cè)剛剛獲得了2017年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。100多年前，愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在，但直到2015年才首次獲得證實(shí)。LIGO探測(cè)器2015年9月、12月和今年1月先后3次單獨(dú)探測(cè)到引力波；今年8月，LIGO和Virgo探測(cè)器又共同探測(cè)到一次引力波信號(hào)。這四次探測(cè)到的引力波均由雙黑洞合并產(chǎn)生。
黑洞合并過程示意圖 (圖片來自網(wǎng)絡(luò))
本次發(fā)現(xiàn)的引力波事件跟以往發(fā)現(xiàn)的雙黑洞并合不同，它由兩顆中子星并合產(chǎn)生。理論預(yù)言雙中子星并合不僅能產(chǎn)生引力波，而且能產(chǎn)生電磁波，即引力波電磁對(duì)應(yīng)體，也就是光，因此本次探測(cè)到引力波以及電磁對(duì)應(yīng)體是天文學(xué)家期待已久的重大發(fā)現(xiàn)。
熊少林
中國(guó)科學(xué)院高能物理所科學(xué)家熊少林說，這是人類第一次既“聽”到了引力波，又“看”到了引力波。“以前的雙黑洞閉合(引力波)，只能產(chǎn)生聲音，人類只能去聽，看不了，因?yàn)椴话l(fā)光，這次事件是第一個(gè)，既產(chǎn)生引力波，能夠聽見聲音，又能夠看到它發(fā)的光的事件， 這樣的話，人類一下子就擁有兩個(gè)不同維度的信息來非常詳細(xì)的研究一個(gè)天體物理過程。這是一個(gè)新的時(shí)代。 ”
中國(guó)“慧眼”參與監(jiān)測(cè)首個(gè)引力波電磁對(duì)應(yīng)體
因?yàn)樵撘Σㄊ录哂袠O為重要的意義，天文學(xué)家使用了大量的地面和空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，形成了一場(chǎng)天文學(xué)歷史上極為罕見的全球規(guī)模的聯(lián)合觀測(cè)。然而，引力波事件發(fā)生時(shí)僅有4臺(tái)X射線和伽瑪射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測(cè)到爆發(fā)天區(qū)，我國(guó)第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——慧眼HXMT望遠(yuǎn)鏡便是其中之一。
慧眼望遠(yuǎn)鏡示意圖
中國(guó)科學(xué)院高能物理所科學(xué)家熊少林介紹說，慧眼HXMT望遠(yuǎn)鏡在引力波事件發(fā)生時(shí)成功監(jiān)測(cè)了引力波源所在的天區(qū)，對(duì)其伽瑪射線電磁對(duì)應(yīng)體(簡(jiǎn)稱引力波閃)在高能區(qū)(MeV，百萬(wàn)電子伏特)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的限制，為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機(jī)制做出了重要貢獻(xiàn)?！皩?duì)于這次這么近距離的引力波事件，我們預(yù)期的輻射，也就是亮度會(huì)非常的亮，但是大自然總是給我們驚喜，這次事件(引力波)就是非常非常弱，比理論家預(yù)言的要弱成千上萬(wàn)倍。(也就是說)在這個(gè)的能段范圍內(nèi)，輻射的流強(qiáng)，也就是亮度，不能太亮， 必須是弱的，弱到什么程度呢?慧眼望遠(yuǎn)鏡給了一個(gè)估計(jì)，這對(duì)于我們?nèi)パ芯窟@個(gè)事件是非常重要的，如果理論模型認(rèn)為(引力波)事件很亮的話，那這個(gè)理論模型就需要修改了。”
值得注意的是，慧眼望遠(yuǎn)鏡本來的設(shè)計(jì)目標(biāo)是探測(cè)黑洞和中子星等銀河系內(nèi)的X射線天體，研究極端引力場(chǎng)條件下的物理規(guī)律。項(xiàng)目組通過對(duì)慧眼望遠(yuǎn)鏡輔助探測(cè)器的創(chuàng)新性使用，獲得了額外的探測(cè)伽瑪暴及引力波電磁對(duì)應(yīng)體的能力，使其成為國(guó)際上正在運(yùn)行的最重要的伽瑪射線暴監(jiān)測(cè)設(shè)備之一，大大擴(kuò)展了望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)產(chǎn)出。
中國(guó)的引力波探測(cè)裝置正在起步
2016年，中山大學(xué)牽頭的中國(guó)空間引力波探測(cè)工程“天琴計(jì)劃”正式啟動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)?！疤烨儆?jì)劃”將向太空發(fā)射三顆衛(wèi)星。這三顆衛(wèi)星在以地球?yàn)橹行摹⒏叨燃s10萬(wàn)公里的軌道上運(yùn)行，構(gòu)成一個(gè)等邊三角形陣列，對(duì)一個(gè)周期僅有5.4分鐘的超緊湊雙白矮星系統(tǒng)RX J0806.3+1527產(chǎn)生的引力波進(jìn)行探測(cè)。
天琴計(jì)劃示意圖
在慧眼望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)基礎(chǔ)之上，中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所提出了專門探測(cè)引力波閃的引力波高能電磁對(duì)應(yīng)體全天監(jiān)測(cè)器項(xiàng)目(GECAM)，并將其命名為“閃電”。如今，“閃電”項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及方案設(shè)計(jì)的大部分工作已經(jīng)完成。從技術(shù)上說，“閃電”可以在2020年前發(fā)射升空，從而趕上與最佳靈敏度的LIGO和Virgo等引力波探測(cè)器進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)，獲得最大的科學(xué)產(chǎn)出，使我國(guó)在引力波電磁對(duì)應(yīng)體的探測(cè)研究上達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。(記者柳青)
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