人类第一次“看到”引力波意味着什么？

人类第一次“看到”引力波意味着什么？

国际天文学界再次被引力波席卷。多国科学家16日宣布，人类首次直接探测到双中子星合并产生的引力波和伴随的电磁信号。如何探测中子星的引力波？引力波回答了哪些问题？有哪些未解之谜？《中国网》记者采访了相关科学家。

如何探测引力波？

北京时间16日晚22时，包括中国在内的多国科学家宣布，人类首次直接探测到双中子星合并产生的引力波，同时“看到”了这一壮观的宇宙事件发出的电磁信号。

据科学家称，2017年8月17日，LIGO发现了一个新的引力波信号GW170817。这个信号是两颗中子星合并产生的引力波。全世界大约有70台地面和空间望远镜通过红外线、x光、紫外线和无线电波进行后续观测。其中还包括在中国昆仑站架设的南极考察望远镜AST3-2。

在LIGO观测到引力波信号仅1.7秒后，美国费米太空望远镜就探测到了一个名为GRB170817A的伽马射线爆发。“费米几乎同时观测到伽马射线暴，这让我们更加兴奋，也更加迫切。”加州理工学院LIGO数据分析小组组长艾伦温斯坦教授回忆道。

当LIGO和费米遇到强信号时，他们会自动向天文圈发出警报。这是一场与时间赛跑的比赛，世界各地的望远镜的后续观测立即开始。大约11个小时后，智利的swope望远镜率先观测到，这个信号的光学对应物——位于一个名为NGC4993星系的双中子星系统中。

根据AST3-2独立收集的数据，研究人员还计算出，在两颗致密中子星合并过程中，喷出了3000多倍于地球质量的物质，这些物质携带着巨大的能量，喷出速度达到了光速的0.3倍。

引力波也被称为“时空涟漪”。1916年，爱因斯坦在广义相对论的基础上预言，强烈的天体活动会带动周围的时间和空间一起波动，这就是引力波的起源。从那时起，科学界已经寻找引力波一百年了。此前，人类已经发现了4个双黑洞合并产生引力波的案例。

为什么震惊天文学？

中子星的引力波为什么会引起天文振动？专家说主要有三个原因。

首先，这是人类首次探测到双中子星的合并。美国大学天体物理学家、LIGO项目组成员格雷戈里哈里告诉记者，之前观测到的引力波都来自黑洞。黑洞完全由扭曲的时空组成，本质上没有物质，而中子星是一颗真实的恒星，因此可以深刻理解核物质的行为。

哈利说，中子星的引力波可以用来直接测量到源的距离，相应的电磁信号给出速度，可以用来校准宇宙的膨胀速度，即所谓的哈勃常数，从而进一步回答宇宙从哪里来，到哪里去等重要问题。

其次，这是人类首次同时观测到来自同一天文事件的引力波和电磁波，使得识别宿主星系成为可能。这一事件表明了引力波、电磁波等不同研究团队合作的重要性，也标志着“多信使天文学”进入了一个新时代。

“我想说的是，这是我们第一次既能‘看到’又能‘听到’一个天文事件。这些不同的‘感官’体验会给我们很多信息。”哈利说：“引力波天文学才刚刚开始。随着21世纪的发展，我们可以期待引力波观测会给宇宙学、天文学、天体物理学、核物理、引力等领域带来更多的洞见。”

第三，地面红外望远镜探测到了中子俘获过程，从而为f

南非夸祖鲁-纳塔尔大学引力波研究专家马尹哲在发给记者的邮件中开玩笑说：“如果有人问一个戴金戒指的女性朋友，她的金戒指是从哪里来的？她应该说这是由银河系中合并的中子星产生的。”

有哪些未解之谜？

LIGO项目组宣布的引力波来自距离地球约1.3亿光年的双中子星的合并。与黑洞合并产生的引力波不同，中子星的合并不仅产生引力波，还会发出大量的电磁波。

这就是让天文学家兴奋的“多信使天文学”。引力波和电磁波作为不同的“信使”，可以从不同的方面告诉我们同一天文事件的信息。美国田纳西大学天体物理学教授迈克尔吉德里表示，“多信使天文学”是天文学家长期追求的圣杯，将对相关领域的未来产生巨大影响。

哈利说，如果没有引力波的研究，中子星的许多性质将长期得不到解决，包括在强引力作用下如何弯曲变形，合并时会发生什么，质量会有多大等等。

“GW170817无法回答所有这些问题，但它为我们提供了以前没有的信息，说明引力波观测是回答这些问题的实用方法。”哈利说。

他指出，迄今探测到的五个引力波信号与爱因斯坦的广义相对论完全一致，但广义相对论与量子力学不相容，因此有观点认为广义相对论需要修正。像GW170817这样的事件是在引力极限下验证广义相对论为数不多的方法之一。“我们还可能观察到更强、更清晰的信号，这可能会向我们展示一些爱因斯坦引力理论无法解释的东西。”

至于这次事件，两个中子星合并后变成了什么，目前还没有答案。科学家列出了两种可能性，一种是成为质量非常大的中子星，另一种是成为黑洞。但是不管它是什么，它的质量大约是2.74个太阳。

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