国际天文界再次被引力波刷屏。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及其伴随的电磁信号。中子星引力波怎么探测？引力波解答了哪些疑问？

引力波怎么探测

据科学家介绍，2017年8月17日，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）发现一个新的引力波信号GW170817。这个信号是一个由双中子星合并产生的引力波。全球约70个地面及空间望远镜从红外、X光、紫外和射电波等多个波段开展后续观测。这其中，也包括中国架设在昆仑站的南极巡天望远镜AST3－2。

仅仅在LIGO观测到引力波信号后的1．7秒，美国费米太空望远镜探测到名为GRB170817A的伽马射线暴。“费米几乎在同一时间观测到伽马射线暴，让我们更加兴奋，也更有紧迫感。”加州理工学院LIGO数据分析小组负责人艾伦·温斯坦教授回忆说。

LIGO和费米在遇到强信号时，会自动向天文界发送警报。这是一场与时间的赛跑，世界范围内的望远镜后续观测随即启动。大约11个小时后，位于智利的斯沃普望远镜率先观测到此次信号的光学对应物——位于一个叫NGC4993星系的双中子星系统。

基于AST3－2独立收集到的数据，科研人员还计算出，此次2颗致密中子星合并的过程共抛射出超过3000倍地球质量的物质，这些物质携带有巨大能量，抛射速度达到0．3倍光速。

何以震惊天文学界

为什么中子星引力波会引起天文界震动？专家们说，主要原因有三个。

首先，这是人类第一次探测到双中子星合并。LIGO项目组成员、美利坚大学天体物理学家格雷戈里·哈里说，此前观测到的引力波均来自黑洞。黑洞完全由扭曲时空构成，本质上没有物质，而中子星却是一个切实星体，因此能深入了解核物质的行为。

哈里说，中子星引力波可以用来直接测量到源的距离，而相应的电磁信号给出了速度，由此可用来校准宇宙膨胀速度，即所谓哈勃常数，从而进一步回答宇宙从哪里来、又往哪里去等重大问题。

其次，这是人类第一次同时观测到来自同一个天文事件的引力波和电磁波，使得确认宿主星系成为可能。这一事件展示了引力波与电磁波等不同研究团队之间开展合作的重要性，也标志着“多信使天文学”跨入新时代。

“我想说的是，这是第一次我们既能‘看到’也能‘听到’一个天文事件，这些不同的‘感官’体验将能给我们很多信息。”哈里说，“引力波天文学才刚刚开始，随着21世纪向前发展，我们可以期待引力波观测将为宇宙学、天文学、天体物理学、核物理学和引力学以及其他领域带来更多见解。”

第三，地面红外望远镜探测到了中子俘获过程，从而第一次提供确凿证据证实了中子星合并就是宇宙金、铂等超铁元素的主要起源地。

南非夸祖鲁－纳塔尔大学的引力波研究专家马寅哲在发给朋友的一份电子邮件中开玩笑说：“如果有人问带着金戒指的女性朋友，她的金戒指从哪儿来？她应该说，这是从银河系中的合并中子星那里产生的。”

引力波与宇宙级“盲人摸象”

   最新关于双中子星合并产生引力波的发现备受关注。许多科学家评论说，这标志着“多信使天文学”进入一个新时代。那什么是多信使天文学？打个比方，这就是宇宙级的“盲人摸象”。

“我们常说天文学研究是‘盲人摸象’，因为宇宙太大了，要了解它太难了，一种手段往往只能了解一个方面的信息，”中国科学院国家天文台科学传播中心主任郑永春研究员说，“引力波提供了一种与以往观测方式完全不同的手段，使多信使天文学进入一个新时代。”

从古人单凭肉眼仰望星辰，到伽利略第一个将天文望远镜对向星空，人类曾经观察宇宙的唯一方式就是光线。但这种观测不仅受到天气条件的约束，所获得的信息也受到可见光载体的限制。

随着科学的发展，人们逐渐认识到在可见光之外，宇宙中还存在X射线、无线电波等看不见的电磁波。通过探测它们，可以触摸到宇宙这只“大象”的另外一些方面。比如黑洞的引力让光线也无法逃脱，人们无法看见黑洞，但是它会释放出很强的X射线，让天文学家得以分析黑洞的若干性质。

“X射线、可见光、无线电波都是电磁波，只是波长不同，所以逐渐发展出‘全波段天文学’，就是用各种波段来研究同一个天文现象，能得到更客观和更深刻的认识，”郑永春说，“还是用‘盲人摸象’打比方，用不同方式摸得多了，宇宙的‘形态’也能慢慢呈现出来。”

引力波的发现，又提供了一种全新的“摸象”方式。引力波是与电磁波本质不同的物理现象，虽然百年前爱因斯坦的广义相对论就预言了引力波的存在，但由于相关信号非常微弱，直到2015年才由美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）第一次探测到由双黑洞合并产生的引力波信号。

从肉眼观星到使用望远镜，从“全波段天文学”到“多信使天文学”，人类认识宇宙的手段逐渐丰富，这头仍有不少谜团的宇宙“大象”，最终会向人类展示出它的真面目。

这一次，中国没有错过

    在这次人类首次窥见引力波源头奥秘的过程中，我国包括南极巡天望远镜AST3－2、国内第一颗空间X射线天文卫星慧眼望远镜在内的多台设备参与了观测引力波事件，我国科研人员还借助引力波光谱解开了宇宙中金、银等超铁元素的产生之谜。

寻到宇宙“黄金之源”

“中子星合并是宇宙的‘巨型黄金制造厂’，借助引力波探究中子星，可以让人类窥见金、银等超铁元素，是如何在宇宙‘盛大焰火’中产生的。”中科院紫金山天文台副研究员金志平参加的国际团队，通过引力波光学信号的观测和光谱分析确定，中子星合并确实是宇宙中金银等超铁元素的主要起源地。

2017年8月17日，第4例引力波事件发生后的第3天，美国激光干涉引力波观测台LIGO又发现一个新的引力波信号GW170817，并认为其是一个由双中子星合并产生的引力波。全球约70个地面及空间望远镜从红外、X光、紫外和射电等多个波段开展后续观测。

这其中，也包括中国架设在昆仑站的南极巡天望远镜AST3－2。身在南京的中科院南极天文中心的年轻成员胡镭，是第一个注意到南极巡天望远镜AST3－2“有情况”的人。

胡镭说，8月18日中午，南极团队获知引力波信号准确方位后，立刻调整巡天望远镜角度，把望远镜观测角度拉到极限，历时10天，每天2小时，终于在预期坐标内看到了那个宝贵的亮点。中国在南极抓住了这个机会！

“没看到”也重要

那些“看到”令人狂喜，有的“没看到”也至关重要。引力波事件发生时，全球仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区，中国的空间X射线天文卫星慧眼望远镜便是其中之一。