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(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（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。我國(guó)第一顆空間X射線天文衛(wèi)星--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)其伽馬射線電磁對(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)，相關(guān)探測(cè)結(jié)果發(fā)表在報(bào)告此次歷史性發(fā)現(xiàn)的研究論文中[1]。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(kāi)啟了引力波天文學(xué)時(shí)代。
引力波是1916年愛(ài)因斯坦建立廣義相對(duì)論后的預(yù)言。極端天體物理過(guò)程中引力場(chǎng)急劇變化，產(chǎn)生時(shí)空擾動(dòng)并向外傳播，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(lái)，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)。探測(cè)引力波電磁對(duì)應(yīng)體對(duì)研究引力波事件、宇宙學(xué)以及基礎(chǔ)物理具有不可替代的決定性作用，因此，人們普遍認(rèn)為引力波研究的下一個(gè)里程碑是發(fā)現(xiàn)引力波事件產(chǎn)生的電磁輻射。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，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)。
本次LIGO探測(cè)到的引力波信號(hào)持續(xù)百秒左右；引力波信號(hào)結(jié)束后大約2秒，美國(guó)費(fèi)米衛(wèi)星搭載的伽馬暴監(jiān)測(cè)器（GBM）以及歐洲INTEGRAL望遠(yuǎn)鏡搭載的SPI-ACS探測(cè)器均探測(cè)到一個(gè)暗弱的短伽馬暴（編號(hào)GRB170817A），跟引力波事件成協(xié)；其后，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)光學(xué)對(duì)應(yīng)體（編號(hào)AT2017gfo/SSS17a），幾天后還探測(cè)到該引力波源發(fā)出的X射線以及射電波段的電磁輻射。
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(jiàn)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射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測(cè)到爆發(fā)天區(qū)，慧眼望遠(yuǎn)鏡便是其中之一。
在這些望遠(yuǎn)鏡中，慧眼在0.2-5 MeV能區(qū)的探測(cè)接收面積最大、時(shí)間分辨率最好，因此對(duì)引力波閃（即編號(hào)為GRB170817A的伽馬射線暴）的百萬(wàn)電子伏特（MeV）能區(qū)的伽馬射線輻射的探測(cè)能力最強(qiáng)。雖然此前人們普遍預(yù)計(jì)像本次事件這樣近距離（40 Mpc，約1.3億光年）的雙中子星并合產(chǎn)生的引力波閃將極為明亮，但本次引力波事件產(chǎn)生的引力波閃出乎意料的暗弱，特別是在MeV能區(qū)的輻射十分微弱，導(dǎo)致沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡（包括慧眼在內(nèi)）在這個(gè)能區(qū)探測(cè)到引力波閃?；垩弁h(yuǎn)鏡憑借強(qiáng)大的探測(cè)性能，對(duì)該引力波閃在MeV能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的上限。
鑒于慧眼觀測(cè)限制的重要性，慧眼望遠(yuǎn)鏡不僅以合作組形式加入了報(bào)告本次歷史性發(fā)現(xiàn)的論文（即發(fā)現(xiàn)論文），而且在論文的正文部分報(bào)告了觀測(cè)結(jié)果。該發(fā)現(xiàn)論文是關(guān)于該引力波事件的同時(shí)發(fā)表的一系列論文中最核心的領(lǐng)頭論文，已于10月16日正式發(fā)表。
除了參與上述歷史性的發(fā)現(xiàn)論文，慧眼望遠(yuǎn)鏡的詳細(xì)分析結(jié)果以獨(dú)立論文的形式已于10月16日同步發(fā)表在《中國(guó)科學(xué)：物理學(xué)力學(xué)天文學(xué)》雜志英文版的網(wǎng)頁(yè)版。
值得注意的是，慧眼望遠(yuǎn)鏡本來(lái)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(guò)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)伽馬暴及引力波電磁對(duì)應(yīng)體的能力，使其成為國(guó)際上正在運(yùn)行的最重要的伽馬射線暴監(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。
慧眼望遠(yuǎn)鏡由國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合資助建造，于2017年6月15日從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，開(kāi)始為期5個(gè)月的試運(yùn)行。中科院高能物理研究所（粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）負(fù)責(zé)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)運(yùn)行以及數(shù)據(jù)處理。參與本次引力波事件觀測(cè)時(shí)，慧眼望遠(yuǎn)鏡剛剛試運(yùn)行2個(gè)月。試運(yùn)行結(jié)束后慧眼望遠(yuǎn)鏡將開(kāi)始正式的科學(xué)觀測(cè)，同時(shí)繼續(xù)監(jiān)測(cè)研究引力波閃。慧眼望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)運(yùn)行以及引力波電磁對(duì)應(yīng)體的探測(cè)研究分別獲得了科技部大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專項(xiàng)以及中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專項(xiàng)的支持。
在LIGO合作組2016年宣布探測(cè)到引力波之后，發(fā)現(xiàn)引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體便成為最重要的天體物理問(wèn)題之一。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”?！伴W電”采用針對(duì)性優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)全天隨機(jī)爆發(fā)的引力波閃，而且具有更低的探測(cè)閾值、更高的監(jiān)測(cè)靈敏度以及更好的定位能力，對(duì)引力波閃的綜合探測(cè)性能遠(yuǎn)超現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡。在中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃的支持下，“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。如果立即立項(xiàng)，可以在2020年前發(fā)射升空，從而趕上與升級(jí)到最佳靈敏度的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，屆時(shí)再加上慧眼衛(wèi)星已經(jīng)展示的高能區(qū)天區(qū)覆蓋和靈敏度優(yōu)勢(shì)，將使我國(guó)在引力波閃的探測(cè)研究上達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
慧眼望遠(yuǎn)鏡示意圖
雙中子星并合過(guò)程既能產(chǎn)生引力波，又能產(chǎn)生電磁波（圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò)）
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