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【博科園-科學科普】大約1.3億年前在一個遙遠的星系中兩顆中子星合并相撞。災難性的撞擊產(chǎn)生了引力波，在空間和時間的結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生了漣漪。這一事件是現(xiàn)在激光干涉引力波天文臺(LIGO)和處女座（Virgo）合作的第5次引力波觀測，也是第一次探測到的不是兩個黑洞的合并碰撞產(chǎn)生的引力波。

模擬圖描繪了兩顆合并的中子星，窄波束表示伽馬射線暴，而漣漪的時空網(wǎng)格則代表了合并的特征的各向同性引力波。從合并恒星噴射出的漩渦狀物質(zhì)是在較低能量下看到的光的可能來源。圖片版權(quán)：National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

但是這個被稱為kilonova的事件除引力波外也產(chǎn)生了別的東西——光，橫跨多個波長（由于黑洞的特殊性黑洞合并僅產(chǎn)生引力波無其他光學信號）。

這也是歷史上第一次通過引力波首次觀測到天文現(xiàn)象，然后用望遠鏡觀測到。在一個令人難以置信的協(xié)同努力中，超過3500名天文學家在世界各地70多個望遠鏡上使用100個儀器，并與LIGO和處女座（Virgo）的物理學家合作。所有這些觀測結(jié)果比部分總和還要大，我們現(xiàn)在正在學習宇宙的物理學，以一種前所未有的方式，探索關(guān)于世界所組成的元素。

kilonova的觀察，圖片：P.K. Blanchard/ E. Berger/ Pan-STARRS/DECam.

來自羅切斯特理工學院的Manuela Campanelli說：這將讓我們了解超新星爆炸是如何工作的，黃金和其他重元素是如何產(chǎn)生的，我們體內(nèi)的原子核是如何運作的，甚至是宇宙膨脹的速度?！禡ultimessenger天文學》展示了我們?nèi)绾螌⑴f方法與新方法結(jié)合在一起，它也改變了天文學的發(fā)展方式。

中子星是巨大的恒星的剩余核心，在很久以前就像超新星一樣爆炸。這兩顆恒星位于一個名為ngc4993的星系附近，它的質(zhì)量是我們太陽質(zhì)量的8 - 20倍。然后隨著超新星每一個都壓縮到大約10英里的直徑，一個城市的大小。這些恒星完全由中子組成，在正常恒星和黑洞的大小和密度之間——一茶匙的中子星物質(zhì)會重達10億噸。

中子星在宇宙的舞蹈中互相旋轉(zhuǎn)，直到他們的共同引力力使它們碰撞。那次碰撞產(chǎn)生了一引力波，而那次撞擊造成了1.3億年后引力波對地球沖擊，故而今天能被我們所探測到。

雖然這一事件發(fā)生在1.3億年前，但只是在2017年8月17日，在日食之前才知道這一點。在早上8:41分LIGO和處女座發(fā)現(xiàn)了時空漣漪的早期震顫，引力波。僅僅兩秒鐘后NASA的費米太空望遠鏡就發(fā)現(xiàn)了一束明亮的伽馬射線。這使得研究人員能夠快速確定漣漪的方向。

在一位天文學家發(fā)出的電報中，全世界成千上萬的天文學家都在努力觀測，并開始收集中子星合并的額外數(shù)據(jù)。

動畫展示了LIGO、處女座和太空望遠鏡以及地面望遠鏡在LIGO和處女座于2017年8月17日探測到的引力波位置。通過將費米和積分空間任務的數(shù)據(jù)與LIGO和處女座的數(shù)據(jù)結(jié)合起來，科學家能夠?qū)⒑＠说脑搭^限制在30度的天空。可見光望遠鏡在該區(qū)域搜索了大量的星系，最終揭示了ngc4993是引力波的來源。

處女座合作的發(fā)言人Jo van den Brand在一份聲明中說：這一事件是迄今為止探測到的所有引力波的最精確的天空定位，這一創(chuàng)紀錄的精確度使天文學家能夠進行后續(xù)觀測，從而導致了大量驚人的結(jié)果。

這提供了第一個真實的證據(jù)，即光和引力波以同樣的速度傳播——正如愛因斯坦所預言的那樣。

在短短幾天內(nèi)kilonova就從紅色褪色了20倍，這一快速變化是由拉斯康比斯天文臺望遠鏡捕捉到的。圖片：Sarah Wilkinson / LCO.

從很小到最著名的天文臺都參與了，并迅速進行了觀察。起初這一事件在不到6天的時間里就消失了。豪厄爾說在最初的幾個小時里，觀察到的光比太陽的亮度要亮200萬倍，但在幾天內(nèi)就消失了。

在智利安第斯山脈的Cerro Tololo美洲天文臺的Blanco 4米望遠鏡上安裝了暗能量照相機(DECam)，它是幫助定位事件源的工具之一。

來自布蘭代斯大學的Marcelle soares - santos在簡報會上說：我們每次面對LIGO的合作問題時，都面臨著一個新的挑戰(zhàn)，那就是我們?nèi)绾螌ふ乙环N正在迅速消失的源頭，這可能是一開始就有的，而且是在那里的某個地方。她是描述與引力波相關(guān)的光學信號的第一作者。這是一個經(jīng)典的挑戰(zhàn)，在干草堆里發(fā)現(xiàn)一根針，而另一個復雜的問題是針是遠遠的，而haystack正在移動。

隨著DECam的出現(xiàn)很快就能夠確定源星系，并排除了其他1500名在這堆草堆中出現(xiàn)的候選者。看起來像針的東西很常見，所以我們需要確保我們有合適的針頭，今天我們確信已經(jīng)這樣做到了。

在一個很小的部門一個小型機器人16英寸的望遠鏡(pan彩色機器人光學監(jiān)視和偏振測量望遠鏡)——來自亞利桑那大學的天文學家David Sand在“基本上是一個增強的業(yè)余天文望遠鏡”的描述中，也幫助確定了來源。這證明了即使是小望遠鏡也能在《摩蒂默斯》天文學中發(fā)揮作用。

眾所周知的是由哈勃和其他幾個NASA和ESA太空天文臺，如Swift,Chandra和Spitzer任務。哈勃在可見光和紅外光中捕捉到星系的圖像，在ngc4993中見證了一個新的明亮物體，它比超新星更明亮，但比超新星更微弱。這些圖像顯示在哈勃觀測的6天時間里，該物體明顯褪色。利用哈勃的光譜能力，研究小組還發(fā)現(xiàn)，基羅諾瓦的材料被噴射的速度高達光速的五分之一。

2017年8月17日激光干涉引力波天文臺(LIGO)和室女座干涉儀探測到兩顆中子星相撞的引力波。在12小時內(nèi)天文臺已經(jīng)確定了在透鏡星系ngc4993內(nèi)的事件的來源，這張照片顯示的是NASA / ESA的哈勃太空望遠鏡。與之相關(guān)的恒星耀斑，kilonova在哈勃觀測中清晰可見。這是第一次觀測到引力波事件的光學對應物。正如8月22日至28日的觀測所顯示的那樣，哈勃觀察到在6天的時間里kilonova逐漸消失。圖片版權(quán)： NASA and ESA. Acknowledgment: A.J. Levan (U. Warwick), N.R. Tanvir (U. Leicester), and A. Fruchter and O. Fox (STScI).

豪厄爾說：這是天體物理學的一個轉(zhuǎn)折點，在愛因斯坦提出引力波的100年后，我們看到了并追蹤回到它們的源頭，發(fā)現(xiàn)了一種我們以前只夢想過的新物理的爆炸。

下面是這個單一事件產(chǎn)生的一些見解：

伽瑪射線：理查德·奧肖尼西解釋道（他也是來自羅徹斯特理工學院和LIGO團隊的成員）這些閃光現(xiàn)在肯定與合并中子星有關(guān)，并將幫助科學家研究超新星爆炸的工作原理。最初的伽馬射線測量，再加上引力波探測，進一步證實了愛因斯坦的廣義相對論，它預測引力波應該以光速傳播。

金和鉑的來源：哈佛史密森天體物理中心的埃多·伯杰在新聞發(fā)布會上說這些觀察揭示了元素周期表中最重元素的直接指紋。兩顆中子星的碰撞產(chǎn)生了10倍的地球質(zhì)量（僅在黃金和鉑金）。想想這些材料是飛出這個事件，最終與其他元素結(jié)合形成恒星，行星，生命…和珠寶。

Berger還補充了一些其他的想法：這些恒星最初的超新星爆炸產(chǎn)生了鐵和鎳的所有重元素。在這一系統(tǒng)的基羅諾瓦，可以看到重元素的周期表是如何形成的完整的歷史。

原子物理學天文學：最終像這個發(fā)現(xiàn)這樣的觀察將告訴我們，我們身體的核是如何運作的，引力對中子星的影響將告訴我們，中子的運動有多大，通過推斷中子和質(zhì)子——身體內(nèi)部的物質(zhì)構(gòu)成了我們大部分的質(zhì)量和

宇宙學：科學家現(xiàn)在可以獨立地測量宇宙膨脹的速度，將距離與銀河系的距離進行比較，其中包含了從我們的引力波觀測中推斷出的明亮的光和距離。

來自CfA的天文學家托尼·皮羅(Tony Piro)說：研究與引力波和光的相同事件的能力是天文學上的一場真正的革命?！爆F(xiàn)在可以用完全不同的探針來研究宇宙，我們只能用一個或另一個來教授我們永遠不可能知道的東西。

LIGO的科學發(fā)言人David Reitz說：對我來說，這一事件之所以如此神奇是因為我們不僅探測到了引力波，而且還看到了世界上70個觀測站所看到的電磁波譜。這是宇宙第一次向我們提供相當于聲音的電影。而這個視頻是觀測天文學不同波長的，聲音是引力波。

參考：拉斯坎普雷斯觀測所，哈勃太空望遠鏡，羅切斯特理工學院，Kilonova.org，CfA，新聞發(fā)布會等。