又見引力波!這一次,中國沒有錯過
新華社南京10月16日電 題:又見引力波!這一次,中國沒有錯過
新華社記者王玨玢、蔣芳、白國龍
這一次,中國沒有錯過!
北京時間16日22時,科學家們在多國宣布成功探測到第一例雙中子星引力波事件,人類首次窺見引力波源頭的奧秘。我國包括南極巡天望遠鏡AST3-2、國內第一顆空間X射線天文衛星慧眼望遠鏡在內的多臺設備參與觀測引力波事件,我國科研人員還借助引力波光譜解開了宇宙中金、銀等超鐵元素的產生之謎。
尋到宇宙“黃金之源”
“中子星合并是宇宙的‘巨型黃金制造廠’,借助引力波探究中子星,可以讓人類窺見金、銀等超鐵元素,是如何在宇宙‘盛大焰火’中產生的。”中科院紫金山天文臺副研究員金志平參加的國際團隊,通過引力波光學信號的觀測和光譜分析確定,中子星合并確實是宇宙中金銀等超鐵元素的主要起源地。
2017年8月17日,第4例引力波事件發生后的第3天,美國激光干涉引力波觀測臺LIGO又發現一個新的引力波信號GW170817。與前4例黑洞合并所產生的引力波不同,GW170817是一個由雙中子星合并產生的引力波。全球約70個地面及空間望遠鏡從紅外、X光、紫外和射電等多個波段開展后續觀測。
這其中,也包括中國架設在昆侖站的南極巡天望遠鏡AST3-2。身在南京的中科院南極天文中心的年輕成員胡鐳,是第一個注意到南極巡天望遠鏡AST3-2“有情況”的人。
胡鐳告訴記者,8月18日中午,南極團隊獲知引力波信號準確方位后,立刻調整巡天望遠鏡角度,把望遠鏡觀測角度拉到極限,歷時10天,每天2小時,終于在預期坐標內看到了那個寶貴的亮點。中國在南極抓住了這個機會!
“沒看到”也重要
那些“看到”令人狂喜,有的“沒看到”也至關重要。引力波事件發生時,全球僅有4臺X射線和伽馬射線望遠鏡成功監測到爆發天區,中國的空間X射線天文衛星慧眼望遠鏡便是其中之一。
慧眼望遠鏡是2017年6月15日從酒泉衛星發射中心發射升空的。中科院高能物理研究所的專家說,參與本次引力波事件觀測時,慧眼望遠鏡剛剛試運行2個月。
慧眼望遠鏡帶有高能、中能、低能X射線望遠鏡和空間環境監測器等科學儀器,能將以自身為圓心的全宇宙360度的范圍納入視野之內;能對銀河系進行大天區巡天和掃描,發現新的高能天體;也能借助伽馬射線暴工作模式,發現其他劇烈爆發現象,可幫助研究宇宙深處大質量恒星的死亡及中子星并合等過程中的黑洞形成。
“大家普遍預計,在兆電子伏特能段,引力波電磁對應體將非常明亮,而事實上,慧眼望遠鏡沒有探測到這樣的輻射,給出了兆電子伏特能段的流強上限,說明它的輻射性質比較復雜,跟理論預言相距甚遠。這同樣是具有歷史意義的發現。”中科院高能所慧眼望遠鏡伽馬暴和引力波電磁對應體研究組負責人熊少林說。
為那一秒的相遇,人類探尋百年
天體劇烈活動引起的時空擾動,好比在浩渺的宇宙中央投下一顆石子,歷經10多億年漫漫星系之旅,時空的漣漪最終與地球邂逅1秒。從1916年愛因斯坦的預言,到2016年2月首次確定探測到引力波信號,人類為了這最后1秒的相遇,苦苦探尋百年。
自首次發現,人類“觸波”的頻率明顯加快。2015年12月、2017年1月和8月,人類又先后探測到3次由雙黑洞合并觸發的引力波。特別是最新的一次,編號為GW170814的雙黑洞引力波被兩臺位于美國的LIGO設備和一臺歐洲“處女座”(Virgo)引力波探測器同時找到。3臺設備聯手發現,大大精確了引力波在太空中的方位,引力波探索又向前邁進了一大步。
第五次引力波信號也是第一次中子星合并引力波,更是引起了全球天文界的一波狂歡。在8月17日的事件中,全球約70個地面及空間望遠鏡從伽馬射線、X光、紫外、光學、紅外和射電等波段開展后續觀測,確認引力波信號來自地球約1.3億光年的長蛇座內NGC4993星系,兩顆中子星的質量均不超過太陽的兩倍。
引力波天文學時代正在到來
2017年的諾貝爾物理學獎,頒給了3名為引力波探測作出重要貢獻的美國科學家。引力波天文學的時代正在到來。
吳雪峰、金志平等研究人員預測,下一個探測亮點應該是中子星、黑洞合并產生的引力波事件。樂觀估計,這一激動人心的發現可能在未來一兩年內就與人類見面。此外,白矮星等天體合并產生的低頻引力波、以及宇宙開端大爆炸產生的原初引力波,還有待進一步探尋。
在這個領域,中國近年來相繼提出“阿里計劃”“天琴計劃”和“太極計劃”,在陸地和空間探測中低頻和低頻引力波。
在“慧眼”的技術基礎之上,中國科學院高能物理研究所提出了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(GECAM),并將其命名為“閃電”。
據熊少林介紹,“閃電”不僅能夠同時監測全天隨機爆發的引力波閃,而且具有更低的探測閾值、更高的監測靈敏度以及更好的定位能力,對引力波閃的綜合探測性能遠超現有望遠鏡。如能順利立項,這有望使我國在引力波電磁對應體的探測研究上達到國際領先水平。
中科院紫金山天文臺研究員韋大明說:“引力波能幫人類洞悉整個宇宙的起源。如果找到合適的引力波,人們將有機會為大爆炸等一系列基本物理假設找到證據。到那時,人類會以前所未有的方式看到塑造宇宙的力量。”
