引力波都被直接探測到了，還能玩出新花樣么？

科技 08-11

從今年2月LIGO正式宣布直接探測到引力波，到6月再度發布引力波探測成果，依託引力波研究宇宙的窗口已被正式打開，這令國內外眾多天文、物理學家為之振奮。

然而，當科學家期盼這一成果給相關研究帶來革命性突破時，也有人質疑，直接探測引力波這一諾獎級成果已然被摘走，圍繞引力波還能產生重大科學突破嗎？近日，中科院紫金山天文台相關專家接受了《中國科學報》的採訪並給出了答案。

媲美引力波探測的科學目標

如果只有諾獎能代表科學發現的重要性，那麼引力波研究能夠催生好幾個諾獎，中科院紫金山天文台研究員吳雪峰說。在他眼裡，觀測到引力波電磁對應體信號的科學意義就可以與直接探測引力波相媲美。

紫金山天文台副研究員金志平向記者解釋稱，廣義而言，與引力波輻射伴隨的電磁信號都可以稱為引力波電磁對應體，其研究也與引力波的直接探測密切相關。

事實上，天文學家在LIGO直接探測到引力波信號之前，也在利用電磁探測手段尋找引力波事件的信號。如今LIGO已經宣布直接探測到了引力波，對於該成果天文學家雖然相信其確鑿性，但從物理學對新觀測結果的驗證傳統來看，卻有待進一步檢驗。

「一般而言，自然科學新發現，還是需要盡量用傳統手段檢驗確認。」吳雪峰解釋道，在引力波探測中，所謂的傳統手段是指利用電磁波觀測引力波的電磁對應體信號，「只有電磁波段看到引力波事件的電磁信號，我們才能放心地說，引力波被無可置疑地探測到了。」

「引力波已經被探測到，全世界的天文學家更關注的是，電磁對應體信號誰第一個探測到。」吳雪峰笑稱。

更具優勢的科學探測

在專家看來，相較於引力波的直接探測，引力波電磁對應體探測具有它獨特的一些優勢。

「就像你能聽到一架飛機從頭上飛過，但只有抬頭看才能確定飛機的具體位置。」吳雪峰解釋道，引力波直接探測的信號在目前階段便如同人在地面聽到的飛機飛過的聲音，只能大致判斷在哪個方位，而電磁對應體的探測則相當於你用眼睛看到了飛機的精確位置。

也就是說，電磁輻射對應體的測量結果可以精確且獨立測定引力波事件的空間方位，並能較為準確地估計事件發生時間。「這些信息納入引力波數據處理分析中可以有效地提高信噪比，進而提高引力波事件的探測率。」相關研究人員告訴記者。

此外，儘管兩個黑洞或者兩個中子星併合產生的引力波信號，可以測定該這類事件距離地球的遠近，但「電磁對應體特別是光學波段的電磁對應體，則有可能給出這些事件的宇宙學紅移，從而可以結合在一起對宇宙學主要參數，比如哈勃常數、暗能量等，進行高精度限定。」吳雪峰補充道。

另外，引力波信號非常微弱，並且攜帶的信息也很有限。而電磁輻射易於探測，並攜帶了很多互補性信息，因此它能幫助科學家全面了解中子星併合的物理過程，並深入研究極端引力、極端密度等條件的基本物理。

為新發現做好準備

對於引力波電磁對應體研究，現階段科學家更關注的是中子星併合這類引力波事件觸發的變源，因為中子星併合過程中會拋射大量中子，它們的核反應和衰變可以產生十分強烈的電磁信號。

「中子星併合過程中不僅會發射出強引力波輻射，還會拋射出一些高速運動的物質。」金志平稱，這些物質內部作用或與中子星外部的星際介質相互作用，就可能產生伽瑪射線、X射線、紫外、光學以及射電輻射。

雖然併合事件可能距離地球遙遠，但吳雪峰仍認為，這樣的碰撞在一定的條件下有可能在射電、光學甚至X射線等波段產生比較明亮的、人類可觀測的信號。

採訪中，專家都表示，引力波電磁對應體的研究在接下來的數年裡將是國際天文界的重要研究熱點之一，並可能產生一系列重大科學成果。而科學家要做的，就是在光學、X射線乃至射電等不同波段作好準備。「雖然不知道誰會最先發現，但總有一個團隊、一個望遠鏡會先發現。」吳雪峰說。

事實上，近些年，國內科學家為躋身引力波電磁對應體探測行列做了長足的努力，通過中國南極崑崙站天文台光學巡天望遠鏡、FAST五百米口徑射電望遠鏡、中法天文科學衛星SVOM及其地面陣列GWAC以及愛因斯坦探針等項目，陸續建立起了引力波電磁對應體的觀測手段，希望能夠在該領域能有所作為。

畢竟，對於中國天文學家而言，這次盛宴不容錯過。（實習編輯：紫陌）

原標題為：引力波電磁對應體探測：一場不容錯過的科學盛宴

發表於《中國科學報》 (2016-08-10 第1版要聞)

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