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又见引力波 时空起涟漪

  “有多名学者对巨新星理论进行过完善,这次的观测结果非常吻合完善后的理论构想。”李立新说。

  迄今为止,已知的引力波源区域在天空的分布图。有了Virgo的帮助,定位引力波源头的精准度更高。图片来自LIGO官网

  发现金银等元素诞生地

  引力波与电磁波携带着天体不同类型的信息。引力波及其电磁对应体的发现,有助于科学家结合不同信息研究天体的性质,并检验宇宙的基本规律。

  巨新星则是1998年北京大学教授李立新(当时为普林斯顿大学博士生)与普林斯顿大学已故教授Bodhan Paczynski合作提出的构想。“双中子星并合时向外抛射的物质会通过快中子过程形成金、银等重元素,并形成光学和近红外辐射。”李立新说,这些辐射现象比超新星的亮度暗100倍,被称为巨新星或千新星。

  本报记者 徐 玢

  在8月17日探测到的并合中,科学家尚不清楚,最终是形成了更大质量的中子星,还是黑洞。但已知的是,新天体约为2.74倍太阳质量,而在这个过程中损失的质量,主要转化成引力波和电磁波,辐射向宇宙各个方向。

  在此次观测中,科学家捕获了引力波信号、短伽马射线暴信号以及光学信号。后续分析证明这些信号互相关联,均来自双中子星并合。我国在南极大陆安装的南极巡天望远镜AST3也捕获了并合的光学信号。

  这是人类第5次探测到引力波。然而,科学界的兴奋之情甚至不亚于第一次探测到引力波的时候。因为与之前4个信号不同,这次探测到的引力波信号GW170817来自1.3亿光年外两颗并合的中子星,而且是全球多地科学家第一次同时观测到引力波与其电磁对应体。

  期待中的电磁对应体

  “这是我们迄今观测到强度最强的引力波信号,比第一次观测到的双黑洞引力波信号要强得多。”LIGO科学合作组织爆发源分析组联席主席、英国格拉斯哥大学教授、北京师范大学特聘外国专家Ik Siong Heng表示,它与之前的双黑洞绕转产生的引力波信号非常类似,但持续时间更长。“探测器中GW170817信号持续时间超过1分钟,之前的双黑洞并合引力波信号只有1秒左右。”

  中子星是恒星演化末期形成的一类致密天体。虽然它的半径只有十几公里,质量却与太阳相当。中子星到底有多硬?其内部物质以何种状态存在?这些一直是科学家感兴趣的问题。

  与双黑洞并合不同,双中子星并合过程不仅向外辐射出引力波,还会在多个波段发出电磁辐射,从而被望远镜观测到。那些在发出引力波同时,又被望远镜观测到的天体被称为引力波的电磁对应体。

  8月17日,LIGO与Virgo的三台探测器先后接收到引力波信号GW170817。在探测到引力波信号GW170817后的1.7秒,美国国家航空航天局(NASA)的费米卫星探测到了一个伽马射线暴GRB170817A。在之后不到11个小时内,位于智利的Swope望远镜报告在长蛇座星系NGC4993中观测到明亮的光学源。在接下来的几周里,无数望远镜将目光对准这片天区,记录下这一事件发生之前100秒至之后几周的信号。

又见引力波 时空起涟漪

  根据观测到的引力波信号,科学家估算出两颗中子星的质量、半径,并对其密度给出了保守的估计,帮助排除了那些对于中子星密度估计过低的理论模型。“引力波信号GW170817的演变,尤其是接近并合阶段的信号演变,受到中子星自身性质的影响。如果中子星更致密一点,或者更稀松一点,引力波的信号都会不同。”Ik Siong Heng说。

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