北京時(shí)間10月16日22時(shí)，在整個(gè)天文學(xué)界因一則重磅預(yù)警“炸鍋”后，吊足胃口的美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）、歐洲南方天文臺(tái)、南京紫金山天文臺(tái)、英國(guó)科技設(shè)備委員會(huì)、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心等全球數(shù)十家科學(xué)機(jī)構(gòu)終于聯(lián)合宣布了重大成果：從約1.3億光年外，科學(xué)家們首次探測(cè)到壯麗的雙中子星并合產(chǎn)生的引力波，及其光學(xué)對(duì)應(yīng)體。

該成果由美國(guó)“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）和歐洲“處女座”（Virgo）引力波探測(cè)器及全球其他70個(gè)地面及空間望遠(yuǎn)鏡共同完成的，包括中國(guó)第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——“慧眼”HXMT望遠(yuǎn)鏡和中國(guó)南極巡天望遠(yuǎn)鏡。相關(guān)論文發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）、《自然》等期刊上。

LIGO團(tuán)隊(duì)在2016年2月正式宣布成功探測(cè)到由雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波，完成了愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論的最后一塊拼圖，由此眾望所歸地捧走了今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。然而，這次全球共同完成對(duì)同一個(gè)天文事件的引力波與電磁波的首次聯(lián)合觀測(cè)，才正式標(biāo)志著天文物理掀開(kāi)多信使時(shí)代的新一頁(yè)。

清華LIGO科學(xué)合作組織工作組負(fù)責(zé)人曹軍威向澎湃新聞（www.usamodel.cn）介紹道，之前LIGO和Virgo探測(cè)到4次來(lái)自雙黑洞的引力波信號(hào)，在LIGO探測(cè)器的敏感頻段內(nèi)只能持續(xù)不到一秒的時(shí)間，然而，在8月17日探測(cè)到的這個(gè)持續(xù)了100秒，并且掃過(guò)了LIGO的整個(gè)靈敏頻段——這個(gè)頻段與一個(gè)普通樂(lè)器能產(chǎn)生的聲波頻段幾乎相同。科學(xué)家們可以識(shí)別這個(gè)天體源的質(zhì)量遠(yuǎn)比迄今觀測(cè)到的所有黑洞的質(zhì)量都要小得多。

LIGO的數(shù)據(jù)指向了兩個(gè)距離地球1.3億光年的相互旋進(jìn)的天體。數(shù)據(jù)顯示這個(gè)天體系統(tǒng)的質(zhì)量沒(méi)有雙黑洞大，估計(jì)為1.1~1.6倍太陽(yáng)質(zhì)量，恰好是中子星的質(zhì)量范圍。對(duì)于噪音背景的分析顯示，這種強(qiáng)度的信號(hào)是由一致性隨機(jī)噪音產(chǎn)生的概率低于每8萬(wàn)年一次。

一小勺重達(dá)10億噸的中子星

引力波是愛(ài)因斯坦廣義相對(duì)論中的重要推論。時(shí)間和空間會(huì)在質(zhì)量面前彎曲，時(shí)空在伸展和壓縮的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)傳播開(kāi)來(lái)，這些振動(dòng)就是引力波。我們?cè)诘厍蛏想S時(shí)隨地都可能遭遇來(lái)自宇宙中各種源頭的引力波：兩個(gè)黑洞并合、碰撞；中子星旋轉(zhuǎn)、并合；超新星核塌縮等。

LIGO團(tuán)隊(duì)此前探測(cè)到的4次引力波事件，均由雙黑洞形成。全世界都在期待，中子星能出現(xiàn)在引力波事件中。

恒星演化到末期，經(jīng)由引力坍縮發(fā)生超新星爆炸，根據(jù)質(zhì)量的不同，內(nèi)核可能被壓縮成白矮星、中子星或黑洞。中子星幾乎完全由中子構(gòu)成，是目前已知的最小、致密的恒星。一小勺中子星物質(zhì)就可能重達(dá)10億噸。雙中子星系統(tǒng)在圍繞中心旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中會(huì)不斷放出引力波，導(dǎo)致系統(tǒng)能量降低，軌道縮小，并最終撞在一起，釋放出強(qiáng)烈的引力波。在最終并合前的100秒以?xún)?nèi)發(fā)出的引力波信號(hào)正好位于激光干涉儀的靈敏頻段內(nèi)，因此有機(jī)會(huì)被觀測(cè)到。

“看”到引力波的余暉

黑洞吸收光，無(wú)法被觀測(cè)到，而中子星則不然。中子星并合過(guò)程不但會(huì)發(fā)射出強(qiáng)列的引力波輻射，還伴隨劇烈的電磁輻射，也就是所謂的光學(xué)對(duì)應(yīng)體?？梢哉f(shuō)，在科學(xué)家們“聽(tīng)”到中子星引發(fā)的引力波事件并定位后，就能運(yùn)用望遠(yuǎn)鏡“看”到“光”，即電磁波。

今年8月份，LIGO和VIRGO開(kāi)始合作探測(cè)引力波。由三處探測(cè)器發(fā)現(xiàn)的引力波事件不僅更為可靠，也更能準(zhǔn)確定位。當(dāng)時(shí)，天文學(xué)界已經(jīng)“謠傳”兩家發(fā)現(xiàn)了帶光學(xué)對(duì)應(yīng)體的引力波源，疑似由中子星并合產(chǎn)生。不過(guò)，消息迅速被當(dāng)事人刪除。而兩家天文臺(tái)在9月底最終發(fā)布的結(jié)果，是另一次由黑洞并合產(chǎn)生的引力波事件GW170814。

那么，這次這個(gè)激動(dòng)人心的引力波光學(xué)對(duì)應(yīng)體究竟是什么呢？

原來(lái)，中子星并合以后會(huì)發(fā)出伽馬光子，該信號(hào)在引力波到達(dá)地球2秒鐘之后也被觀測(cè)到。在其后數(shù)周內(nèi)，這場(chǎng)大并合仍會(huì)繼續(xù)發(fā)出其他頻段的“光”，包括X射線、紫外線、可見(jiàn)光、紅外線以及射電波等。

一場(chǎng)科學(xué)盛宴：多信使天文學(xué)

經(jīng)歷了一個(gè)月多的“謠傳”和猜測(cè)，這個(gè)天文學(xué)界人人都心知肚明的秘密終于被揭曉。

北京時(shí)間8月17日20時(shí)41分，LIGO捕捉到時(shí)長(zhǎng)100秒的GW170817引力波信號(hào)。此時(shí)，升級(jí)為高新LIGO后的第二輪科學(xué)觀測(cè)正接近尾聲，而Virgo處于剛剛開(kāi)始升級(jí)為高新Virgo的第一次運(yùn)行。

幾乎同時(shí)，GRB 170817A伽瑪短暴觸發(fā)了NASA費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡（Fermi）的伽馬暴監(jiān)測(cè)器。LIGO-Virgo的分析軟件通過(guò)比較兩信號(hào)，得出結(jié)論：這不太可能只是一個(gè)巧合。

隨后，全球各大望遠(yuǎn)鏡紛紛啟動(dòng)后續(xù)探測(cè)……

這次成果的科學(xué)意義毋庸置疑?？茖W(xué)家們對(duì)中子星演化、引力波來(lái)源、伽瑪暴來(lái)源的了解更進(jìn)一步，后續(xù)仍會(huì)有更多重要的數(shù)據(jù)和論文發(fā)表。而更重要的或許是這場(chǎng)“群像”性質(zhì)的天文盛宴：隨著引力波這個(gè)重要角色到位，“多信使天文學(xué)”掀開(kāi)了新的一頁(yè)，天文物理的“全球化”也必然地更進(jìn)一步。

清華LIGO工作組自2009加盟LIGO以來(lái)，就參與了迄今為止的所有引力波發(fā)現(xiàn)。主要研究工作包括：1. 構(gòu)建了“利用已知脈沖星群組性質(zhì)探測(cè)連續(xù)引力波”的方法，并利用該方法搜索信號(hào)；2. 完善了“貝葉斯多信使天文學(xué)框架”，并且用該框架研究引力波—短伽馬暴；3. 進(jìn)一步優(yōu)化GPU加速在線致密雙星并合信號(hào)搜尋程序流水線；4. 探索深度學(xué)習(xí)在引力波實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用等等。

引力波天文時(shí)代到來(lái)了。正如2017年諾獎(jiǎng)得主Barry Barish接受澎湃新聞專(zhuān)訪時(shí)所言：從LIGO探測(cè)到引力波起，新一代的天文物理研究者就已繞不開(kāi)它。