「看」和「聽」，引力波探測「耳聰目明」

本報記者 劉園園

北京時間16日22時，在天文學界傳得沸沸揚揚的「重大發現」終於水落石出。

美國國家科學基金會召開新聞發布會宣布，美國激光干涉引力波天文台（LIGO）和歐洲處女座（Virgo）引力波探測器於8月17日首次發現雙中子星併合產生的引力波信號。

「這是天文學家期待已久的發現！」中國科學院高能物理研究所的熊少林是我國慧眼望遠鏡伽馬暴與引力波電磁對應體項目組負責人，他評價，這次引力波探測事件在天文學和物理學中都具有「劃時代」的意義。

從2015年9月到今年8月，科學家先後4次探測到引力波信號，均來自雙黑洞併合事件。

「與之前相比，此次引力波事件最大的不同就是同時產生了電磁信號。」熊少林在接受科技日報記者採訪時介紹，黑洞在併合時「黑漆漆一片」，除了引力波信號之外不會產生任何電磁信號——包括射電信號、可見光、紅外光、X射線、伽馬射線等等。

中國科學院國家天文台研究員張承民告訴科技日報記者，其根源在於，黑洞屬於能量集團，而中子星屬於物質結構，所以後者在併合時不僅可以產生引力波，還可以造成電磁信號爆發。

正因如此，世界各地幾十台地面和空間望遠鏡紛紛上場，對此次引力波事件進行了一次歷史上規模罕見的聯合觀測。於是，人類第一次同時探測到引力波和它的電磁對應體。

「人類過去一直在用傳統望遠鏡觀測宇宙，憑藉『看』的手段認識宇宙。2015年LIGO為觀測宇宙打開第二扇窗口，人類終於能夠『聽』見宇宙的漣漪。但二者一直是孤立的，沒有結合起來。」熊少林說，如今人類終於得以將「看」和「聽」兩種手段結合起來，「雙劍合璧」探測引力波。

熊少林介紹，LIGO發現引力波信號具有重要的歷史意義，但從探測的角度來看，引力波信號也有不完美之處。那就是，引力波探測器可以大概得知引力波事件所在區域，但無法精確定位其位置。而傳統望遠鏡以電磁信號為研究手段，與引力波信號可形成互補關係，豐富了研究宇宙的信息。

「無論是引力波信號，還是電磁信號，在天文學中都被稱為『信使』。」熊少林說，此次引力波探測事件的重要意義在於，它標誌著多信使天文學時代的到來。

除了上述兩種信使，還有中微子和宇宙線。「將來可以期待同時從4個維度研究同一個宇宙事件，這更是天文學家的夢想。」熊少林說。

「中子星的質量一般相當於一兩個太陽，與黑洞的質量相差十倍，所以雙中子星併合產生的引力波信號更加微弱。」張承民介紹，由於中子星質量更小，所以雙中子星併合時軌道收縮更慢，引力波持續時間更長。

幸運的是，此次發生併合的雙中子星位於編號為NGC4993的星系，距離地球僅1.3億光年左右，產生的引力波信號和電磁信號都非常強。它的引力波信號持續了100秒左右。

捕獲雙中子星併合產生的引力波信號，本身對天文學研究也有重要意義。張承民告訴記者，雙中子星系統是恆星演化到晚期的產物，在宇宙中數量較多，它們可能構成了引力波的背景雜訊，可在研究宇宙早期演化方面發揮重要作用。

10月3日，2017年諾貝爾物理學獎頒發給3位美國科學家，以表彰他們為LIGO探測器建設和引力波發現所作出的突出貢獻。

「將引力波信號和電磁信號結合起來進行天文研究，空間十分廣闊，其中涉及的重要科學問題相當之多。」熊少林說，如果讓他預測，這一領域未來肯定還會產生諾獎級的發現。（科技日報北京10月16日電）

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