属于引力波的天文学时代来了！
北京时间10月16日22点，美国国家科学基金会宣布：激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座引力波天文台（Virgo）于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件（编号GW170817），国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。
“这是人类第一次同时探测到引力波及其电磁对应体，这在天文学及物理学发展史上具有划时代的意义。”中科院高能物理研究所慧眼卫星伽马暴和引力波电磁对应体研究组负责人熊少林称。
“时空涟漪”
什么是引力波？就好像有人在水池中央搅动水面，水面会以波动的形式传向四方，极端天体物理过程中，时间和空间会在质量面前弯曲，并以振动的形式向外传播，这就是人们俗称的“时空涟漪”，这些振动便是引力波。
1916年，爱因斯坦在广义相对论框架下首次提出了引力波的设想，但其存在与否谁都无法确定，即便爱因斯坦本人。虽然存在是个谜题，但科学家们探测引力波的脚步并未放慢。
2015年9月14日，LIGO团队捕捉到类似一只鸟儿啁啾声的信号，这是由黑洞并合产生的一个时间极短的引力波信号，尽管持续不到1秒，却是人类首次探测到引力波。此后，科学家们又陆续探测到几例引力波事件。
不过，跟以往发现的双黑洞并合不同，本次发现的引力波事件由两颗中子星并合产生。“理论预言双中子星并合不仅能产生引力波，而且能产生电磁波，即引力波电磁对应体。这次探测，正是天文学家们期待已久的重大发现。”熊少林说。
2016年，LIGO合作组宣布探测到引力波后，业界普遍认为引力波研究的下一个里程碑是发现引力波事件的电磁对应体。“这对研究引力波事件、宇宙学以及基础物理具有不可替代的决定性作用。”科学家们认为，证实引力波确实存在，将彻底改变物理学对宇宙的认知。科学家将能够由此来研究大爆炸事件的后续影响，还能够更精确地来观察宇宙中遥远的角落。源自大爆炸的引力波，还能帮助科学家更好地理解宇宙的构成。
空间科学重器：慧眼
６月１５日，中国首颗Ｘ射线天文卫星“慧眼”从酒泉卫星发射中心升空，这颗卫星全称为硬Ｘ射线调制望远镜，由长征四号乙运载火箭送入５５０公里近地圆轨道。它将巡视银河系中的Ｘ射线源，详细研究黑洞和脉冲星，并监测伽马射线暴，探索利用脉冲星为航天器导航。
它被命名为“慧眼”，寓意中国在太空“独具慧眼”，能穿过星际物质的遮挡“看”宇宙中的Ｘ射线，也为纪念推动中国高能天体物理发展的已故科学家何泽慧。
“慧眼”重约２．５吨，载荷重量９８１公斤，其上同时安装了高、中、低能三组Ｘ射线望远镜，实际上是一座小型空间天文台。
“慧眼”的探测面积很大，尤其是高能望远镜的探测面积超过了５０００平方厘米，是国际上同能区探测器中面积最大的。“面积越大，探测到的信号就会越多，就越有可能发现其他望远镜看不到的现象。”参与卫星研制的科学家熊少林说。
“慧眼”的视场也很大，约两天即可完成对银道面的扫描，有利于监测暂现源。
“慧眼”是建立在中国科学家李惕碚和吴枚提出的直接解调成像方法之上的准直型望远镜，因此它还具有观测亮源的优势。
在“慧眼”首席科学家张双南的建议下，在不增加和更改软硬件的前提下，只要对探测器工作高压做适当调整，高能望远镜主探测器中原本用于屏蔽本底Ｘ射线光子的碘化铯晶体就可用来观测伽马射线暴了。这一创新设想将“慧眼”的观测能区进一步推高到３ＭｅＶ。
探寻“发脾气”的黑洞
由于“慧眼”有较大的视场，对银河系巡天是它最重要的使命。“我们预期会发现一些新的黑洞和中子星。”张双南说。
神秘莫测的黑洞还隐藏着很多秘密。“黑洞能产生Ｘ射线等各种辐射，还有可能产生高能宇宙线以及强烈的喷流。它们究竟在干什么？现在人类只有二三十个黑洞的样本，能发现更多当然好，对已发现的黑洞我们也希望研究得更清楚，找到黑洞只是开始。”张双南说。
据他描述，黑洞有时很“冷静”，有时很“暴躁”。当它“发脾气”时，产生的Ｘ射线流强特别高。国外的卫星适合看“安静”的黑洞，而“慧眼”特别适合看“暴躁”的黑洞和中子星。
“我们还不知道为什么有些黑洞‘发脾气’，所以我们希望对银河系的黑洞和中子星做比较详细的普查。”张双南说。
已经发现的引力波还没有一个找到电磁对应体。如果只在一个波段观测，往往信息是不完整的，所以我们非常希望看到引力波产生时也有Ｘ射线、伽马射线或其他波段的信号，这些熟识的电磁波信号能帮助我们更好地认识引力波。
慧眼”有２００ｋｅＶ至３ＭｅＶ能区面积最大的伽马暴探测器，是目前国际上最好设备的１０倍，预计一年可观测到近２００个伽马暴，在今后引力波电磁对应体的搜寻中有可能取得一锤定音的效果。
“如果能发现引力波的电磁对应体，这将成为‘慧眼’最精彩的科学成果。”张双南说。
中国贡献
对天文学家们来说，这的确是一场千载难逢的科学盛宴：本次LIGO探测到的引力波信号持续百秒左右；引力波信号结束后大约2秒，美国费米卫星搭载的伽玛暴监测器以及欧洲INTEGRAL望远镜搭载的SPI-ACS探测器，均探测到一个暗弱的短伽马暴，跟引力波事件成协；其后几天，光学望远镜还探测到该引力波源发出的X射线以及射电波段的电磁辐射。
在这场天文学史上极为罕见的全球规模的联合观测中，中国亦扮演了不可或缺的角色——引力波事件发生时，仅有4台X射线和伽玛射线望远镜成功监测到了引力波源所在的天区，由国家国防科技工业局和中国科学院联合资助建造的慧眼望远镜便是其中之一。
“虽然此前人们普遍预计像本次事件这样近距离（约1.3亿光年）的双中子星并合产生的引力波闪将极为明亮，但事实是闪出乎意料的暗弱。”熊少林说，由于引力波在高能区的辐射十分微弱，一度没有望远镜能在这个能区内探测到引力波闪。
最初为探测黑洞和中子星等银河系内的X射线天体而设计的慧眼望远镜也不例外。“继LIGO合作组2016年宣布探测到引力波后，发现引力波事件的电磁对应体成为最重要的天体物理问题之一。”鉴于此，中国科学院高能物理研究所对慧眼望远镜的部分性能进一步优化，增加了探测引力波电磁对应体的高能辐射的能力。
“在这些望远镜中，‘慧眼’在0.2-5 MeV能区的探测接收面积最大、时间分辨率最好，因此对引力波闪的百万电子伏特（MeV）能区的伽马射线辐射的探测能力最强。凭借强大的探测性能，对该引力波闪在MeV能区的辐射性质给出了严格的上限。”熊少林表示。
不过，科学家们的目标不止于此。“如果专门探测引力波闪的引力波高能电磁对应体全天监测器项目能够立即立项，并在2020年前发射升空，从而赶上与最佳灵敏度的LIGO和Virgo等引力波探测器进行联合观测，我国在引力波电磁对应体的探测研究上有望达到国际领先水平。”熊少林说。
本文由科猫平台编创，内容整理自新华社、经济日报，图片来源于网络。
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