2017年10月16日，科學(xué)家宣布首次直接探測(cè)到了由雙中子星并合產(chǎn)生的時(shí)空漣漪——引力波及其伴隨的電磁信號(hào)。這次發(fā)現(xiàn)是由位于美國(guó)的激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）和位于歐洲的室女座干涉儀（Virgo）引力波探測(cè)器，以及其他70個(gè)地面及空間望遠(yuǎn)鏡共同完成的。 這標(biāo)志著人類歷史上第一次使用引力波天文臺(tái)和其他望遠(yuǎn)鏡同時(shí)觀測(cè)到了同一個(gè)天體物理事件。（戳視頻，讓你了解多一點(diǎn)！） 本次發(fā)現(xiàn)的重點(diǎn)摘要：? 有史以來(lái)，人類第一次同時(shí)觀測(cè)到來(lái)自同一個(gè)天文事件的引力波與電磁波。? 首次發(fā)現(xiàn)雙中子星引力波? 人類第一次看到引力波體的電磁信號(hào)這個(gè)被命名為GW170817的引力波信號(hào)于2017年8月17日晚上8時(shí)41分（北京時(shí)間）被觀測(cè)到。這一事件發(fā)生在LIGO-Virgo首次聯(lián)合探測(cè)到雙黑洞并合之后僅僅三天。這次觀測(cè)由兩個(gè)相同的LIGO探測(cè)器完成，它們一個(gè)位于美國(guó)華盛頓州的漢福德，另一個(gè)位于路易斯安那州的利文斯頓。由位于意大利比薩附近的Virgo探測(cè)器提供的信息可以提升引力波事件的空間定位能力。 圖1： 這些圖顯示了GW170817信號(hào)在每個(gè)LIGO和Virgo探測(cè)器中的頻譜。水平軸是時(shí)間，豎直軸是頻率。信號(hào)從左側(cè)靠低處開始，提升至右側(cè)的陡峭曲線。 “雙中子星并合”被認(rèn)為是引力波觀測(cè)的首要目標(biāo)這一次的引力波由長(zhǎng)蛇座中星系NGC 4993的兩顆中子星并合所致，中子星是目前已知的最小、最致密的恒星，是大質(zhì)量恒星在演化的最后階段經(jīng)過(guò)超新星爆發(fā)形成的。雙中子星系統(tǒng)可以通過(guò)萬(wàn)有引力作用相互吸引和旋進(jìn)，并發(fā)出引力波。在最終并合前的100秒以內(nèi)發(fā)出的引力波信號(hào)正好位于激光干涉儀的靈敏頻段內(nèi)，因此有機(jī)會(huì)被觀測(cè)到。同時(shí)，中子星并合以后還會(huì)發(fā)出短伽瑪射線暴，該信號(hào)在引力波到達(dá)地球2秒鐘之后也被觀測(cè)到。 圖2：長(zhǎng)蛇座的NGC 4993星系（模糊的亮點(diǎn)） 圖3：藝術(shù)家關(guān)于兩個(gè)并合中的中子星的想象。窄束代表著伽瑪暴，而扭曲的時(shí)空網(wǎng)格標(biāo)志著由并合產(chǎn)生的各向同性的引力波。旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)團(tuán)塊是從并合的雙星中拋射出的物質(zhì)，可能導(dǎo)致了較低能量的電磁信號(hào)源。（來(lái)源：國(guó)家科學(xué)基金會(huì)/LIGO/索諾馬州立大學(xué)/A. Simonnet。）雙中子星并合的引力波信號(hào)一直是引力波天文學(xué)家們所期望的。中子星的想法最初是在80多年前的1934年提出的，經(jīng)過(guò)33年之后，才第一次被觀測(cè)到。1967年，天蝎座X-1的X射線輻射被證實(shí)來(lái)自一個(gè)中子星，而在同一年，第一個(gè)射電脈沖星被發(fā)現(xiàn)，從那時(shí)起，一些雙中子星系統(tǒng)也陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。雙中子星為廣義相對(duì)論提供了極強(qiáng)的觀測(cè)檢驗(yàn)，也成為支持引力波存在的第一個(gè)堅(jiān)定證據(jù)，隨著中子星在宇宙中越來(lái)越常見，在LIGO發(fā)展的早期，雙中子星并合被認(rèn)為是引力波觀測(cè)的首要目標(biāo)。 圖4：顯示由LIGO和Virgo推定的GW170817位置。兩個(gè)橢圓（藍(lán)色和綠色）分別顯示了兩種不同LIGO分析代碼得出的定位。十字符號(hào)顯示了天蛇座中NGC 4993星系的位置。右側(cè)底部的圖顯示了科學(xué)家通過(guò)分析引力波估算出的到源的距離。之前LIGO和Virgo探測(cè)到4次來(lái)自雙黑洞的引力波信號(hào)，在LIGO探測(cè)器的敏感頻段內(nèi)只能持續(xù)不到一秒的時(shí)間，然而，在8月17日探測(cè)到的這個(gè)信號(hào)持續(xù)了100秒，并且掃過(guò)了LIGO的整個(gè)靈敏頻段——這個(gè)頻段與一個(gè)普通樂(lè)器能產(chǎn)生的聲波頻段幾乎相同。數(shù)據(jù)表明這是兩個(gè)距離地球1.3億光年的天體相互旋進(jìn)而產(chǎn)生的信號(hào)，質(zhì)量也沒(méi)有雙黑洞大，相反，這兩個(gè)相互旋進(jìn)的天體的質(zhì)量估計(jì)為1.1~1.6倍太陽(yáng)質(zhì)量，恰好是中子星的質(zhì)量范圍。 人類第一次看到引力波體的電磁信號(hào)這次的發(fā)現(xiàn)打開了等待已久的多信使天文學(xué)的新窗口，就在 GW170817引力波信號(hào)到達(dá)之后不到兩秒的時(shí)間內(nèi)，NASA的費(fèi)米衛(wèi)星就探測(cè)到了一個(gè)伽瑪射線暴，命名為GRB170817A。隨即，全世界各地的望遠(yuǎn)鏡都開始了忙碌的觀測(cè)。在接下來(lái)的幾個(gè)星期內(nèi)，天文學(xué)家在光譜不同波段上都投入了觀測(cè)設(shè)備，這些觀測(cè)都驗(yàn)證了這一假設(shè)：NGC4993中的兩個(gè)中子星并合，同時(shí)產(chǎn)生了引力波、短伽瑪暴和千新星。在2015年以前，引力波的觀測(cè)是缺席的；2015年到不久前，探測(cè)到的引力波事件都是雙黑洞并合，沒(méi)有令人信服的電磁波對(duì)應(yīng)物被探測(cè)到，這次的引力波探測(cè)首次實(shí)現(xiàn)了引力波與電磁波各波段的聯(lián)合觀測(cè)。 圖5： 引力波、伽馬射線和可見光的位置。左邊的小格子展示了90%置信區(qū)間投影區(qū)域，分別來(lái)自LIGO（淺綠色），LIGO-Virgo（深綠色），來(lái)自費(fèi)米與INTEGRAL時(shí)間延遲得到的三角定位（淺藍(lán)色），費(fèi)米GBM（深藍(lán)色）。放大圖展示了宿主星系NGC4993的位置，包括了來(lái)自并合后10.9小時(shí)的Swope光學(xué)發(fā)現(xiàn)圖片（右上方）與在并合20.5天前的圖片（右下方）。有史以來(lái)，人類第一次同時(shí)觀測(cè)到來(lái)自同一個(gè)天文事件的引力波與電磁波，兩者的協(xié)同觀測(cè)，展示了聯(lián)合引力波、電磁波和中微子的不同研究團(tuán)隊(duì)之間合作的重要性，標(biāo)志著多信使天文學(xué)與時(shí)域天文學(xué)的新時(shí)代就此開啟。 相關(guān)閱讀： LIGO由美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金（NSF）資助，加州理工學(xué)院和麻省理工學(xué)院負(fù)責(zé)建造和運(yùn)行，德國(guó)（MPG）、英國(guó)（STFC）和澳大利亞（ARC）也作出了重要貢獻(xiàn)。來(lái)自世界各地的1200多名科學(xué)家通過(guò)LIGO科學(xué)合作組織參與具體工作，其中包括GEO合作組織。我國(guó)清華大學(xué)信息技術(shù)研究院也成立了LIGO科學(xué)合作組織工作組，該工作組由信息技術(shù)研究院曹軍威、范錫龍和計(jì)算機(jī)系都志輝、郭翔宇（已經(jīng)研究生畢業(yè)）組成，自2009年成為L(zhǎng)IGO科學(xué)合作組織正式成員，參與了迄今為止的所有引力波發(fā)現(xiàn)并作出貢獻(xiàn)，工作組近兩年來(lái)在引力波實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)處理和多信使天文學(xué)方面開展了算法設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化與軟件開發(fā)等方面的工作。 Virgo合作組織由來(lái)自20個(gè)不同的歐洲研究團(tuán)隊(duì)的280名物理學(xué)家和工程師組成：6個(gè)來(lái)自法國(guó)的CNRS、8個(gè)來(lái)自意大利的INFN、2個(gè)來(lái)自荷蘭的Nikhef、還有各1個(gè)分別來(lái)自匈牙利、波蘭和西班牙。Virgo探測(cè)器位于意大利比薩的歐洲引力天文臺(tái)。清華大學(xué)信息技術(shù)研究院研究員、副院長(zhǎng)，國(guó)際激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）科學(xué)合作組織理事會(huì)成員曹軍威，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)研究員、黑洞及其高能爆發(fā)現(xiàn)象研究小組負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)教授茍利軍為本文提供部分撰寫資料，特此感謝。 文章由企鵝科學(xué)和科普中國(guó)聯(lián)合推出 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)自“科普中國(guó)”

首個(gè)來(lái)自雙中子星并合的引力波被探測(cè)到

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重磅！首個(gè)來(lái)自雙中子星并合的引力波被探測(cè)到