2017-10-17

重大发现!人类首次“看见”引力波

编辑:蒋敏华
导 语

因为今年的诺贝尔物理学奖,引力波一下子走进了大众视野,广为人知。10月16日,引力波再度刷屏——包括中国紫金山天文台在内的全球数十家著名天文机构同时宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”由这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。

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当地时间2017年10月16日,德国慕尼黑,欧洲南方天文台举行新闻发布会

  浙江在线杭州10月17日讯(浙江在线编辑 蒋敏华)因为今年的诺贝尔物理学奖,引力波一下子走进了大众视野,广为人知。10月16日,引力波再度刷屏——包括中国紫金山天文台在内的全球数十家著名天文机构同时宣布,人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波,并同时“看到”由这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。

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人类首次“看见”的引力波现象

  全球天文界共此时

  中子星是目前已知最小、最致密的恒星,由大质量恒星在生命最后阶段经过超新星爆发形成,与太阳同质量的中子星直径只有20千米,一小勺中子星物质的质量可达10亿吨。由于强引力,中子星的表面十分光滑,最高的山也只有几毫米高。由于中子星在宇宙中很常见,天文学家一直期待着发现双中子星合并的引力波信号。

  这个机会,终于在今年8月被人类抓住了。据科学家介绍,2017年8月17日,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)发现一个新的引力波信号GW170817。这个信号是一个由双中子星合并产生的引力波。

  仅仅在LIGO观测到引力波信号后的1.7秒,美国费米太空望远镜探测到名为GRB170817A的伽马射线暴。LIGO和费米在遇到强信号时,会自动向天文界发送警报。这是一场与时间的赛跑,世界范围内的望远镜后续观测随即启动。大约11个小时后,位于智利的斯沃普望远镜率先观测到此次信号的光学对应物——位于一个叫NGC4993星系的双中子星系统。    

  本次LIGO项目组宣布发现的引力波,来自距地球约1.3亿光年处的双中子星合并。与黑洞合并只产生引力波不同的是,中子星合并除了产生引力波外,还发出了大量的电磁波。

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中国南极巡天望远镜AST3(网络图片)

  中国科学家贡献大

  我国第一颗空间硬X射线调制望远镜“慧眼”在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,对其伽马射线电磁对应体(简称引力波闪)在高能区的辐射性质给出了严格的限制,为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献,相关探测结果发表在报告此次历史性发现的研究论文中。

  中国南极天文研究中心主任、中国科学院紫金山天文台研究员王力帆介绍称,自北京时间2017年8月18日21时10分起,即距离引力波事件发生24小时后,中国南极巡天望远镜AST3合作团队利用正在中国南极昆仑站运行的第2台望远镜AST3-2,对引力波事件开展了有效观测,此次观测持续到8月28日,获得大量重要数据,并探测到此次引力波事件的光学信号。

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两个合并中的中子星(效果图)

  开启天文学新时代

  引力波也被称为“时空的涟漪”。1916年,爱因斯坦基于广义相对论预言,剧烈的天体活动会带动周围的时空一起波动,这就是引力波的由来。此后百年间,科学界一直在寻找引力波的存在。此前,人类已经发现4例由双黑洞合并产生的引力波。

  中科院高能所“百人计划”项目研究员熊少林说,“这是人类第一次同时探测到引力波及其电磁对应体,是引力波天文学极为重要的里程碑,在天文学以及物理学发展史上具有划时代的意义,正式开启了多信使引力波天文学时代。”

  国际宇航联空间运输委员会秘书长、中国航天科工集团公司二院研究员杨宇光表示,引力波最重要的意义在于,人类从过去到现在所有对自然界的观测,包括天文观测,主要依赖于电磁波,也就是雷达或者光学波段的电磁波对未知世界进行探测。而有了引力波以后我们就对自然界多了一种探测手段,这是一个质的差异。引力波的探测有可能使我们了解到更丰富的有关于黑洞、中子星等等这些天体在发生一些现象和剧烈变化时的时空变化,所以说它对于了解物质世界是非常有用的。

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爱因斯坦有关引力波的原始文件

  [阅读延伸]

  从预测到“看见”历经百年

  1916年,科学家爱因斯坦就在其广义相对论论文中对引力和引力波进行了论证。

  20世纪60年代末期,美国马里兰大学物理学家J·韦伯宣布通过共振型引力波探测器测量到引力波,引起轰动。但可惜其实验无人可重复,理论上也很难论证。

  1974年,就在引力波实验逐渐发展时,美国物理学家约瑟夫·泰勒和天文学家拉塞尔·赫尔斯利用射电望远镜发现了一对脉冲双星,观测其以引力波形式损失能量的数值与广义相对论所预言的吻合,由此间接证明了引力波的存在。

  2014年,由加州理工、哈佛大学等几所大学的研究人员组成的BICEP2团队曾宣称利用南极望远镜找到了原初引力波,将直接验证暴胀宇宙模型,遗憾的是后来证实那只是银河系尘埃影响的结果。

  美国东部时间2015年9月14日5时51分,科研人员利用LIGO首次“听”到,来自距离地球13亿光年之外的一场引力风暴,两个巨大质量黑洞碰撞最后并合瞬间对时空的扰动,即引力波。

  2017年8月17日,美国激光干涉引力波天文台(LIGO)发现一个新的引力波信号,这个信号由一个由双中子星合并产生。

  (综合新华社、环球时报、科技日报、新华国际头条微信公号消息)