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摘要: 北京时间10月16日22点,美国国家科学基金会召开新闻发布会,宣布激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引

人类首次“看见”引力波!中国的“慧眼”发挥了什么作用?


北京时间10月16日22点,美国国家科学基金会召开新闻发布会,宣布激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件(编号GW170817),国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。这是人类第一次同时探测到引力波及其电磁对应体,是引力波天文学的极为重要的里程碑,在天文学以及物理学发展史上具有划时代的意义,正式开启了引力波天文学时代。


双中子星并合过程既能产生引力波,又能产生电磁波(图片来自网络)


引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论。时间和空间会在质量面前弯曲,时空在伸展和压缩的过程中,会产生振动传播开来,这些振动就是引力波。我们在地球上随时随地都可能遭遇来自宇宙中各种源头的引力波:两个黑洞合并、中子星自转、超新星核塌缩等,因此被人们形象地称之为“时空涟漪”。自从2015年9月14日LIGO首先发现双黑洞并合产生的引力波事件(编号GW150914)以来,已经探测到4例引力波事件,包括前不久LIGO和Virgo联合探测的GW170814.


引力波的直接探测刚刚获得了2017年度诺贝尔物理学奖。100多年前,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在,但直到2015年才首次获得证实。LIGO探测器2015年9月、12月和今年1月先后3次单独探测到引力波;今年8月,LIGO和Virgo探测器又共同探测到一次引力波信号。这四次探测到的引力波均由双黑洞合并产生。


黑洞合并过程示意图 (图片来自网络)


本次发现的引力波事件跟以往发现的双黑洞并合不同,它由两颗中子星并合产生。理论预言双中子星并合不仅能产生引力波,而且能产生电磁波,即引力波电磁对应体,也就是光,因此本次探测到引力波以及电磁对应体是天文学家期待已久的重大发现。


中国科学院高能物理所科学家熊少林说,这是人类第一次既“听”到了引力波,又“看”到了引力波:“以前的双黑洞闭合引力波,只能产生声音,人类只能去听,看不了,因为不发光。这次是既能够听见声音,又能够看到它发的光的事件,这样的话,人类一下子就拥有两个不同维度的信息来非常详细地研究一个天体物理过程。这是一个新的时代。 ”


中国“慧眼”参与监测首个引力波电磁对应体


由于该引力波事件具有极为重要的意义,天文学家使用了大量的地面和空间望远镜进行观测,形成了一场天文学历史上极为罕见的全球规模的联合观测。不过,引力波事件发生时,仅有4台X射线和伽玛射线望远镜成功监测到爆发天区,我国第一颗空间X射线天文卫星——“慧眼”HXMT望远镜便是其中之一。


慧眼望远镜示意图


中国科学院高能物理所科学家熊少林介绍说,“慧眼”望远镜在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,对其伽玛射线电磁对应体(简称引力波闪)在高能区(MeV,百万电子伏特)的辐射性质给出了严格的限制,为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献。


值得注意的是,“慧眼”望远镜本来的设计目标是探测黑洞和中子星等银河系内的X射线天体,研究极端引力场条件下的物理规律。项目组通过对“慧眼”望远镜辅助探测器的创新性使用,获得了额外的探测伽玛暴及引力波电磁对应体的能力,使其成为国际上正在运行的最重要的伽玛射线暴监测设备之一,大大拓展了望远镜的科学产出。


中国的引力波探测装置正在起步


2016年,中山大学牵头的中国空间引力波探测工程“天琴计划”正式启动基础设施工程建设。“天琴计划”将向太空发射三颗卫星。这三颗卫星在以地球为中心、高度约10万公里的轨道上运行,构成一个等边三角形阵列,对一个周期仅有5.4分钟的超紧凑双白矮星系统RX J0806.3+1527产生的引力波进行探测。


天琴计划示意图


在“慧眼”望远镜的技术基础之上,中国科学院高能物理研究所提出了专门探测引力波闪的引力波高能电磁对应体全天监测器项目(GECAM),并将其命名为“闪电”。


如今,“闪电”项目的关键技术攻关以及方案设计的大部分工作已经完成。从技术上说,“闪电”可以在2020年前发射升空,从而赶上与最佳灵敏度的LIGO和Virgo等引力波探测器进行联合观测,获得最大的科学产出,使我国在引力波电磁对应体的探测研究上达到国际领先水平。


(本文转自微信号“第一资讯”)


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