[科普中国]-“看”和“听”，引力波探测“耳聪目明”

北京时间16日22时，在天文学界传得沸沸扬扬的“重大发现”终于水落石出。

美国国家科学基金会召开新闻发布会宣布，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）和欧洲处女座（Virgo）引力波探测器于8月17日首次发现双中子星并合产生的引力波信号。

“这是天文学家期待已久的发现！”中国科学院高能物理研究所的熊少林是我国慧眼望远镜伽马暴与引力波电磁对应体项目组负责人，他评价，这次引力波探测事件在天文学和物理学中都具有“划时代”的意义。

从2015年9月到今年8月，科学家先后4次探测到引力波信号，均来自双黑洞并合事件。

“与之前相比，此次引力波事件最大的不同就是同时产生了电磁信号。”熊少林在接受科技日报记者采访时介绍，黑洞在并合时“黑漆漆一片”，除了引力波信号之外不会产生任何电磁信号——包括射电信号、可见光、红外光、X射线、伽马射线等等。

中国科学院国家天文台研究员张承民告诉科技日报记者，其根源在于，黑洞属于能量集团，而中子星属于物质结构，所以后者在并合时不仅可以产生引力波，还可以造成电磁信号爆发。

正因如此，世界各地几十台地面和空间望远镜纷纷上场，对此次引力波事件进行了一次历史上规模罕见的联合观测。于是，人类第一次同时探测到引力波和它的电磁对应体。

“人类过去一直在用传统望远镜观测宇宙，凭借‘看’的手段认识宇宙。2015年LIGO为观测宇宙打开第二扇窗口，人类终于能够‘听’见宇宙的涟漪。但二者一直是孤立的，没有结合起来。”熊少林说，如今人类终于得以将“看”和“听”两种手段结合起来，“双剑合璧”探测引力波。

熊少林介绍，LIGO发现引力波信号具有重要的历史意义，但从探测的角度来看，引力波信号也有不完美之处。那就是，引力波探测器可以大概得知引力波事件所在区域，但无法精确定位其位置。而传统望远镜以电磁信号为研究手段，与引力波信号可形成互补关系，丰富了研究宇宙的信息。

“无论是引力波信号，还是电磁信号，在天文学中都被称为‘信使’。”熊少林说，此次引力波探测事件的重要意义在于，它标志着多信使天文学时代的到来。

除了上述两种信使，还有中微子和宇宙线。“将来可以期待同时从4个维度研究同一个宇宙事件，这更是天文学家的梦想。”熊少林说。

“中子星的质量一般相当于一两个太阳，与黑洞的质量相差十倍，所以双中子星并合产生的引力波信号更加微弱。”张承民介绍，由于中子星质量更小，所以双中子星并合时轨道收缩更慢，引力波持续时间更长。

幸运的是，此次发生并合的双中子星位于编号为NGC4993的星系，距离地球仅1.3亿光年左右，产生的引力波信号和电磁信号都非常强。它的引力波信号持续了100秒左右。

捕获双中子星并合产生的引力波信号，本身对天文学研究也有重要意义。张承民告诉记者，双中子星系统是恒星演化到晚期的产物，在宇宙中数量较多，它们可能构成了引力波的背景噪声，可在研究宇宙早期演化方面发挥重要作用。

10月3日，2017年诺贝尔物理学奖颁发给3位美国科学家，以表彰他们为LIGO探测器建设和引力波发现所作出的突出贡献。

“将引力波信号和电磁信号结合起来进行天文研究，空间十分广阔，其中涉及的重要科学问题相当之多。”熊少林说，如果让他预测，这一领域未来肯定还会产生诺奖级的发现。（记者 刘园园）

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