2015年9月14日，激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）首次直接探測到雙黑洞合并產(chǎn)生的引力波。在那之后，LIGO又陸續(xù)確認(rèn)了3個(gè)引力波信號(hào)。引力波信號(hào)的發(fā)現(xiàn)證實(shí)了愛因斯坦100年前所做的預(yù)測，彌補(bǔ)了廣義相對(duì)論實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中最后一塊缺失的拼圖。但之前的引力波信號(hào)均來自雙黑洞的合并，因此只會(huì)出現(xiàn)引力波，而無法發(fā)射電磁輻射。也就是說，除了LIGO和處女座干涉儀（Virgo），天文望遠(yuǎn)鏡根本無法探測到引力波。
因而，天文學(xué)家希望能夠從其他宇宙災(zāi)難，比如中子星的合并中探測到引力波。這類事件除了能夠引起引力波外，還能發(fā)射出電磁波段的輻射——從無線電波到γ線。
2017年8月17日，LIGO和Virgo在4000萬秒差距（1.3億光年）之外的NGC 4993星系內(nèi)首次探測到了兩顆中子星的合并。此次事件被命名為GW170817，事件產(chǎn)生了引力波和電磁輻射，在該事件兩秒后發(fā)生了一次伽瑪射線暴。
NGC 4993星系
本周《自然》和《自然-天文學(xué)》在線發(fā)表了7篇論文，報(bào)告了兩顆中子星合并帶來的各種新發(fā)現(xiàn)。根據(jù)其中6篇論文，在GW170817事件中，還產(chǎn)生了伽瑪射線、X射線、可見光和紅外光。這些論文揭示了該事件的特征，包括顏色（先藍(lán)后變紅）和幾何特征。這些論文證實(shí)了長期以來的一種預(yù)測：雙中子星合并會(huì)噴射輻射物質(zhì)——低亮度爆發(fā)事件“千新星”的一部分。上述研究還表明，中子星合并是宇宙中部分超鐵元素的主要來源，之前它們的起源一直無法確定。其中一篇論文報(bào)告稱對(duì)一束高速物質(zhì)噴流的觀測可能離軸，這或有助于解釋為什么伽瑪射線暴通?？瓷先ケ容^暗。
在另一篇《自然》論文中，作者利用GW170817的特性測量了哈勃常數(shù)——一種用于描述宇宙擴(kuò)張的測量單位。GW170817是第一個(gè)發(fā)生在已知宿主星系內(nèi)的引力波事件。作者使用宿主星系距離計(jì)算出的哈勃常數(shù)約為70 km/每秒/百萬秒差距，與之前的預(yù)估值一致。
中子星合并告訴我們什么？
由黑洞合并引發(fā)的引力波信號(hào)持續(xù)時(shí)間很短，通常只有一秒甚至更短。但中子星合并引發(fā)的信號(hào)可能持續(xù)一分鐘：中子星比黑洞的質(zhì)量要小，由于合并而產(chǎn)生的引力波強(qiáng)度不如黑洞，因此比起黑洞，中子星的軌道衰減和相互融合需要花費(fèi)更長的時(shí)間。更長的持續(xù)時(shí)間讓研究人員能夠?qū)垡蛩固沟膹V義相對(duì)論進(jìn)行更精確的檢驗(yàn)，同時(shí)也可能為中子星的起源提供更多線索。
短伽瑪射線暴的觀測本身也具有重要的意義，它與引力波的關(guān)聯(lián)證實(shí)了數(shù)十年來，伽瑪射線暴源于中子星合并的理論。此外，NGC4993距離我們4千萬秒差距，這可能是有記錄以來的最近的一次短伽瑪射線暴。要知道，大部分此類事件都發(fā)生在與我們相距幾十億秒差距的遙遠(yuǎn)宇宙。
目前，我們對(duì)中子星的結(jié)構(gòu)的認(rèn)知還十分有限。而中子星合并事件產(chǎn)生的引力波的詳細(xì)信息，或許能為我們揭開中子星結(jié)構(gòu)的面紗。我們還將有機(jī)會(huì)知道，合并后是否會(huì)再形成一顆中子星，或是形成黑洞。
早有預(yù)兆
早在今年8月，LIGO觀測到中子星合并引發(fā)的引力波的流言就已經(jīng)流傳開。德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的天文學(xué)家克雷格·惠勒（Craig Wheeler）8月18日在推特上寫道：“LIGO上演新發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)存在光學(xué)對(duì)應(yīng)體的引力波源。真是太棒了！”一個(gè)小時(shí)以后，西雅圖華盛頓大學(xué)的天文學(xué)家彼得·約阿希姆（Peter Yoachim）在推特上發(fā)帖稱LIGO探測到來自星系NGC 4993的光學(xué)對(duì)應(yīng)體的信號(hào)。約阿希姆稱：“源頭是相互合并的兩顆中子星”。
當(dāng)然，即便這些天文學(xué)家提前透露了風(fēng)聲，但在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行仔細(xì)分析、確定信號(hào)來源之前，LIGO官方顯然不會(huì)發(fā)布觀測結(jié)果。隨后，惠勒還在推特上公開道歉：“不論對(duì)與錯(cuò)，我都不該發(fā)表那條推特。LIGO有權(quán)在其覺得合適的時(shí)間點(diǎn)宣布新發(fā)現(xiàn)。這是我的錯(cuò)。”
但從全球主要的天空望遠(yuǎn)鏡在那段時(shí)間的觀測情況中，人們很容易發(fā)現(xiàn)端倪。公開的記錄表明，在可能存在引力波源的同一片區(qū)域，NASA的費(fèi)米伽瑪射線太空望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)觀測到了伽馬射線。這在理論上與中子星合并形成的伽馬輻射暴一致，但天文學(xué)家也提醒說，即使費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡觀測到了伽馬射線暴，其精確度也不足以讓我們辨認(rèn)出來源。
隨后，有人注意到NASA的錢德拉X射線天文臺(tái)（Chandra X-ray observatory）也加入了觀測。錢德拉天文臺(tái)的網(wǎng)站有一份公開記錄關(guān)于8月19日的觀測，該記錄表示望遠(yuǎn)鏡指向NGC4993星系，并觀測到一個(gè)編號(hào)為SGRB170817A的事件，該代號(hào)意為“2017年8月17日發(fā)生了一次短伽瑪射線暴”。該記錄的最醒目的部分是“觸發(fā)條件”部分，解釋了望遠(yuǎn)鏡終止預(yù)先計(jì)劃而轉(zhuǎn)到該方向的原因。這份報(bào)告寫道：“引力波的源頭要么被LIGO探測到，要么被Virgo探測到，或者被二者均探測到?！?/span>
錢德拉X射線天文臺(tái)
另外一些主要天文望遠(yuǎn)鏡，包括位于歐洲南方天文臺(tái)的甚大天文望遠(yuǎn)鏡和阿卡塔瑪大型毫米/亞毫米觀測陣列(ALMA)，都在8月18日和19日兩天對(duì)NGC 4993星系進(jìn)行了觀測。
8月25日，LIGO-Virgo聯(lián)合發(fā)布了更新：“經(jīng)過我們的初步分析，在LIGO和Virgo的數(shù)據(jù)中我們確認(rèn)了幾個(gè)有希望的引力波信號(hào)候選，我們也將所知道的信息與合作伙伴共享。我們正在努力分析這些候選是否為確鑿的引力波事件，我們也需要時(shí)間來評(píng)估其置信水平。我們會(huì)在消息確認(rèn)后盡快向大家公開?！倍F(xiàn)在，這一消息終于得到官方確認(rèn)。
參考鏈接：
http://www.nature.com/news/rumours-swell-over-new-kind-of-gravitational-wave-sighting-1.22482
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