【新知】人類首次“看到”引力波事件!中國“慧眼”做出重要貢獻
2017年10月17日11:19

北京時間2017年10月16日22時,美國國家科學基金會宣佈激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)於2017年8月17日首次發現雙中子星併合引力波事件,國際引力波電磁對應體觀測聯盟發現該引力波事件的電磁對應體。

中國第一顆空間X射線天文衛星――慧眼HXMT望遠鏡對此次引力波事件發生進行了成功監測,為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機製做出了重要貢獻。

人類首次“看到”引力波事件

10月16日,美國國家科學基金會主席弗朗斯・科爾多瓦在華盛頓舉行的新聞發佈會上講話。全球多國科學家16日同步舉行新聞發佈會,宣佈人類第一次直接探測到來自雙中子星合併的引力波,並同時“看到”這一壯觀宇宙事件發出的電磁信號。美國東部時間8月17日8時41分(北京時間20時41分),美國“激光干涉引力波天文台”(LIGO)捕捉到這個引力波信號。此後2秒,美國費米太空望遠鏡觀測到同一來源發出的伽馬射線暴。

引力波的直接探測剛剛獲得了2017年度諾貝爾物理學獎。探測引力波電磁對應體對研究引力波事件、宇宙學以及基礎物理具有不可替代的決定性作用,因此,人們普遍認為引力波研究的下一個裡程碑是發現引力波事件產生的電磁輻射。

中科院高能物理研究所熊少林研究員說:“本次發現的引力波事件跟以往發現的雙黑洞併合不同,它由兩顆中子星併合產生。理論預言雙中子星併合不僅能產生引力波,而且能產生電磁波,即引力波電磁對應體,因此本次探測到引力波以及電磁對應體是天文學家期待已久的重大發現,在天文學以及物理學發展史上具有劃時代的意義,正式開啟了多信使引力波天文學時代。”

引力波是什麼?

什麼是引力波?就好像有人在水池中央攪動水面,水面會以波動的形式傳向四方,極端天體物理過程中,時間和空間會在質量面前彎曲,並以振動的形式向外傳播,這就是人們俗稱的“時空漣漪”,這些振動便是引力波。

1916年,愛因斯坦在廣義相對論框架下首次提出了引力波的設想,但其存在與否誰都無法確定,即便愛因斯坦本人。雖然存在是個謎題,但科學家們探測引力波的腳步並未放慢。

2015年9月14日,LIGO團隊捕捉到類似一隻鳥兒啁啾聲的信號,這是由黑洞併合產生的一個時間極短的引力波信號,儘管持續不到1秒,卻是人類首次探測到引力波。此後,科學家們又陸續探測到幾例引力波事件。

不過,跟以往發現的雙黑洞併合不同,本次發現的引力波事件由兩顆中子星併合產生。“理論預言雙中子星併合不僅能產生引力波,而且能產生電磁波,即引力波電磁對應體。這次探測,正是天文學家們期待已久的重大發現。”熊少林說。

2016年,LIGO合作組宣佈探測到引力波後,業界普遍認為引力波研究的下一個裡程碑是發現引力波事件的電磁對應體。“這對研究引力波事件、宇宙學以及基礎物理具有不可替代的決定性作用。”科學家們認為,證實引力波確實存在,將徹底改變物理學對宇宙的認知。科學家將能夠由此來研究大爆炸事件的後續影響,還能夠更精確地來觀察宇宙中遙遠的角落。源自大爆炸的引力波,還能幫助科學家更好地理解宇宙的構成。

中國“慧眼”做出重要貢獻

在這場天文學史上極為罕見的全球規模的聯合觀測中,天文學家使用了大量的地面和空間望遠鏡進行觀測,中國亦扮演了不可或缺的角色――引力波事件發生時,僅有4台X射線和伽瑪射線望遠鏡成功監測到了引力波源所在的天區,由國家國防科技工業局和中國科學院聯合資助建造的慧眼望遠鏡便是其中之一。

慧眼望遠鏡示意圖。

“雖然此前人們普遍預計像本次事件這樣近距離(約1.3億光年)的雙中子星併合產生的引力波閃將極為明亮,但事實是閃出乎意料的闇弱。”熊少林說,由於引力波在高能區的輻射十分微弱,一度沒有望遠鏡能在這個能區內探測到引力波閃。

最初為探測黑洞和中子星等銀河系內的X射線天體而設計的慧眼望遠鏡也不例外。“繼LIGO合作組2016年宣佈探測到引力波後,發現引力波事件的電磁對應體成為最重要的天體物理問題之一。”鑒於此,中國科學院高能物理研究所對慧眼望遠鏡的部分性能進一步優化,增加了探測引力波電磁對應體的高能輻射的能力。

“在這些望遠鏡中,‘慧眼’在0.2-5 MeV能區的探測接收面積最大、時間解像度最好,因此對引力波閃的百萬電子伏特(MeV)能區的伽馬射線輻射的探測能力最強。憑藉強大的探測性能,對該引力波閃在MeV能區的輻射性質給出了嚴格的上限。”熊少林表示。

雙中子星併合過程示意圖。

不過,科學家們的目標不止於此。“如果專門探測引力波閃的引力波高能電磁對應體全天監測器項目能夠立即立項,並在2020年前發射升空,從而趕上與最佳靈敏度的LIGO和Virgo等引力波探測器進行聯合觀測,我國在引力波電磁對應體的探測研究上有望達到國際領先水平。”熊少林說。

其他人都在看

?這件事,只可能發生在中國!

關注我們Facebook專頁
    相關新聞
      更多瀏覽