美國國家科學(xué)基金會召開新聞發(fā)布會，宣布激光干涉引力波天文臺(LIGO)和室女座引力波天文臺(Virgo)于2017年8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件，國際引力波電磁對應(yīng)體觀測聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)該引力波事件的電磁對應(yīng)體。
各大天文臺要一起發(fā)布引力波新發(fā)現(xiàn)
南京紫金山天文臺：北京時間明晚10點，將會與LIGO聯(lián)合發(fā)布重大消息。
歐洲南方天文臺：北京時間明晚10點，將會發(fā)布重大消息。
清華大學(xué) LIGO 工作組：北京時間下周二上午，將會發(fā)布重大消息。
澳大利亞 OzGrav 團隊：北京時間下周二上午，將會發(fā)布重大消息。
這兩天，南京紫金山天文臺、歐洲南方天文臺、清華大學(xué)LIGO工作組，澳大利亞OzGrav團隊……全世界數(shù)十家天文機構(gòu)相繼宣布，準(zhǔn)備同時——北京時間10月16日22時(美國東部時間10月16日10時)發(fā)布重大消息。發(fā)布會的邀請甚至用到了“前所未有”(Unprecedented)這樣的描述。
是什么重大消息引爆了整個天文圈?!引力波探測中的新發(fā)現(xiàn)和細(xì)節(jié)!
導(dǎo)讀：新的引力波是什么 堪稱宇宙級盲人摸象(二),這次的引力波從哪兒來2015年9月14日，美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)科學(xué)家們首次探測到了引力波，并于2016年2月11日發(fā)布，這是物理和天文學(xué)的一個里程碑，它證實了愛因斯坦1915年發(fā)表的廣義相對論中的一個重大預(yù)測，標(biāo)志著引力波天文學(xué)領(lǐng)域的開始。(科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)
這次的引力波從哪兒來
2015年9月14日，美國激光干涉引力波天文臺(LIGO)科學(xué)家們首次探測到了引力波，并于2016年2月11日發(fā)布，這是物理和天文學(xué)的一個里程碑，它證實了愛因斯坦1915年發(fā)表的廣義相對論中的一個重大預(yù)測，標(biāo)志著引力波天文學(xué)領(lǐng)域的開始。
(科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)引力波)
2015年9月14日北京時間17:50:45分，激光干涉引力波觀測平臺的兩個探測器同時觀測到一個引力波瞬時事件，來自兩個分別為29倍太陽質(zhì)量與36倍太陽質(zhì)量的黑洞，合并成一個62倍太陽質(zhì)量的黑洞，并損失了3個太陽質(zhì)量，稱為GW150914，距離我們約為 13億光年。
這個事件與愛因斯坦廣義相對論預(yù)言的一對互相旋轉(zhuǎn)的黑洞并合成一個黑洞的計算相符合。類似事件的誤報率為203000出現(xiàn)一次。是人類首次證實存在恒星級雙黑洞系統(tǒng)，是人類首次直接探測到引力波。
從那時起，人類已經(jīng)捕捉到了三起引力波事件，都是雙黑洞并合，最近的一次引力波事件是由LIGO和歐洲室女座天文臺(VIRGO)同時探測到。
當(dāng)前的引力波探測器能夠探測到的引力波有以下幾類來源：
黑洞-黑洞并合，超新星不對稱爆發(fā)，黑洞-中子星并合，或者，中子星-中子星并合。黑洞-黑洞并合幾乎不可能有光學(xué)對應(yīng)物，排除。超新星不對稱爆發(fā)只有發(fā)生在銀河系內(nèi)部才可以被觀測到，排除。因此，只剩下兩種可能性：黑洞-中子星并合，或者，中子星-中子星并合。
2017年8月18日上午，德州大學(xué)奧斯汀分校的著名天文學(xué)家J. C. Wheeler 發(fā)了一條推特，聲稱LIGO發(fā)現(xiàn)了新的引力波源，這個源伴隨著一個光學(xué)對應(yīng)物。
隨后，華盛頓大學(xué)西雅圖分校的天文學(xué)家Peter Yoachim也發(fā)了兩條推特，說天文學(xué)家在距離我們約1億光年的NGC 4993星系發(fā)現(xiàn)了引力波及其光學(xué)對應(yīng)物，它們由兩個中子星并合后發(fā)出。
8月25日，Nature 新聞在它“傳謠”的頁面上追加了更新：
我們在LIGO和Virgo數(shù)據(jù)中初步指認(rèn)出一些非常有希望的引力波事件候選體，并且和天文觀測合作伙伴們共享了已知信息。我們在奮力工作，來確保這些候選體是確鑿的引力波事件，但我們需要時間來評估置信度，在那之后我們才能把結(jié)果向科學(xué)界及社會大眾公布。我們會在有消息后盡快讓各位知曉。
即使忽略Yoachim所說的“由兩個中子星并合”這條信息，僅根據(jù)“引力波”、“光學(xué)對應(yīng)物”、“1億光年以外(銀河系之外)”，我們就可以先用排除法來確定傳言的引力波的來源了，也就是人類探測到了來自中子星-中子星并合或者黑洞-中子星并合產(chǎn)生的引力波。分析會給出雙星的質(zhì)量，從而判斷出到底是哪一種。
天文界的又一波狂歡
黑洞并合幾乎只能是引力波，沒有電磁波會發(fā)射出來，不會伴隨其他現(xiàn)象。黑洞-中子星并合，或是中子星-中子星并合，會以電磁波的形式釋放出巨大的能量，都會產(chǎn)生極其豐富的天文現(xiàn)象，所以，可以在傳統(tǒng)的電磁波望遠鏡中探測到這起事件及之后的余輝。一旦發(fā)生雙中子星并合，除了LIGO和VIRGO，更多的天文學(xué)家也能用手頭有的電磁波望遠鏡來跟進觀測引力波事件了，這必將引發(fā)一輪觀測的狂潮與狂歡。
在被發(fā)布會新聞刷屏出現(xiàn)之前，我們來預(yù)測一下，Wheeler與Yoachim提到的“光學(xué)對應(yīng)物”到底是什么?為什么可以根據(jù)引力波與其光學(xué)對應(yīng)物推測出這是與中子星有關(guān)的并合爆發(fā)事件?為什么說這個發(fā)現(xiàn)是天文學(xué)的一個新紀(jì)元?
中子星幾乎完全由中子構(gòu)成，比普通物質(zhì)致密得多。它們的半徑雖然只有大約10千米，但卻可以比太陽還重一些。典型的中子星質(zhì)量大約是太陽的1.4倍，最大質(zhì)量大約有2到3個太陽的質(zhì)量(精確數(shù)值至今尚未確定)。
如果一個雙星系統(tǒng)由中子星-中子星，或者黑洞-中子星構(gòu)成，它們會繞著共同的中心旋轉(zhuǎn)。根據(jù)愛因斯坦的相對論，旋轉(zhuǎn)的過程會不斷輻射出引力波，導(dǎo)致系統(tǒng)能量降低，軌道縮小。經(jīng)過大約幾億年，雙星系統(tǒng)撞在一起，釋放出猛烈的引力波。
后來的更仔細(xì)研究認(rèn)為，地球以及宇宙中其他地方的金、銀、鈾等重金屬大多是黑洞-中子星并合以及中子星-中子星并合拋出的碎塊中形成的。據(jù)估計，中子星的一次碰撞，拋出的碎塊中形成的黃金足有300個地球那么重。也就是說，你的金戒指或者金項鏈里面，大部分黃金是至少幾十億年前中子星與中子星或黑洞碰撞后的碎塊里產(chǎn)生的。這些碎片被撒入廣袤無垠的太空中，其中的一部分與其他大量物質(zhì)在46億年前凝成了我們的地球。
這些碎塊內(nèi)部則形成的大量放射性元素發(fā)生衰變與裂變，釋放出大量的伽瑪射線和高能電子，將整團物質(zhì)加熱到上萬度，發(fā)出大量光芒。科學(xué)家稱這些碎塊為“千新星(kilonovae)”。這些千新星亮度大約是太陽亮度的幾千萬倍。
Wheeler和 Yoachim 提到的“引力波的光學(xué)對應(yīng)物”指的是“千新星”。
早在引力波探測器有能力探測引力波之前，就有許多學(xué)者提出，將來的引力波探測器一旦探測到涉及中子星的并合事件，光學(xué)望遠鏡就可以探測到伴隨的“千新星”，并利用千新星的精確定位來確定引力波發(fā)生的精確位置。
天文學(xué)家Peter Yoachim在推特里說，這次發(fā)現(xiàn)引力波的NGC 4993星系距離我們1.3億光年，這個距離，確實是足夠讓天文學(xué)家同時觀測到這兩類現(xiàn)象的。
同時發(fā)現(xiàn)了引力波與光學(xué)對應(yīng)體(千新星)只是天文界如此激動的原因之一。天文學(xué)家激動的另一個原因是，黑洞/中子星-中子星并合還會產(chǎn)生其他多類現(xiàn)象。根據(jù)現(xiàn)有的理論，黑洞/中子星-中子星并合之后，大部分物質(zhì)直接融入新的中心天體(基本上為黑洞)之中，但有一小部分物質(zhì)被拋出。
這些被拋出的物質(zhì)又有兩種命運。其中一部分逃逸到太空，成為千新星。這些物質(zhì)在運動過程中，與星際介質(zhì)相互作用，會加速星際介質(zhì)中的電子，發(fā)出射電輻射。
另一部分物質(zhì)在黑洞周圍形成一個盤或者環(huán)，落入中心，構(gòu)成一個“黑洞-吸積盤”系統(tǒng)。這個系統(tǒng)會在黑洞的旋轉(zhuǎn)軸方向形成噴泉一樣的“噴流”，噴流內(nèi)部形成伽瑪射線暴(伽瑪暴)，持續(xù)時間一般不超過2秒(短伽瑪暴)。噴流繼續(xù)在太空中前進，與星際介質(zhì)相互作用，產(chǎn)生X射線、光學(xué)、射電等多波段輻射，這就是伽瑪暴的余輝。
因此，黑洞/中子星-中子星并合，理論上至少產(chǎn)生五類現(xiàn)象：引力波、千新星、千新星掃除物質(zhì)發(fā)出的射電輻射、短伽瑪暴，和短伽瑪暴的余輝。
伴隨一個光學(xué)對應(yīng)物的引力波應(yīng)該確實被發(fā)現(xiàn)了，二者來自中子星-中子星并合或者黑洞-中子星并合。無論是哪一種，都一樣重要，都將是天文學(xué)的一個偉大里程碑，天文學(xué)的下一個盛宴與狂歡也才剛剛開始。
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