剛剛拿下諾貝爾物理學獎的引力波，已經被探測到了！

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10月16日北京時間22時許，LIGO和Virgo聯合發布重大消息，LIGO和Virgo於今年8月首次探測到中子星合併產生的引力波信號及電磁對應體。NASA、歐洲南方天文台和紫金山天文台等也都在同一時間發布這一消息。

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2015年9月14日，激光干涉引力波天文台（LIGO）首次直接探測到雙黑洞合併產生的引力波。在那之後，LIGO又陸續確認了3個引力波信號。引力波信號的發現證實了愛因斯坦100年前所做的預測，彌補了廣義相對論實驗驗證中最後一塊缺失的拼圖。但之前的引力波信號均來自雙黑洞的合併，因此只會出現引力波，而無法發射電磁輻射。也就是說，除了LIGO和處女座干涉儀（Virgo），天文望遠鏡根本無法探測到引力波。

因而，天文學家希望能夠從其他宇宙災難，比如中子星的合併中探測到引力波。這類事件除了能夠引起引力波外，還能發射出電磁波段的輻射——從無線電波到γ線。

2017年8月17日，LIGO和Virgo在4000萬秒差距（1.3億光年）之外的NGC 4993星系內首次探測到了兩顆中子星的合併。此次事件被命名為GW170817，事件產生了引力波和電磁輻射，在該事件兩秒後發生了一次伽瑪射線暴。

NGC 4993星系

本周《自然》和《自然-天文學》在線發表了7篇論文，報告了兩顆中子星合併帶來的各種新發現。根據其中6篇論文，在GW170817事件中，還產生了伽瑪射線、X射線、可見光和紅外光。這些論文揭示了該事件的特徵，包括顏色（先藍後變紅）和幾何特徵。這些論文證實了長期以來的一種預測：雙中子星合併會噴射輻射物質——低亮度爆發事件「千新星」的一部分。上述研究還表明，中子星合併是宇宙中部分超鐵元素的主要來源，之前它們的起源一直無法確定。其中一篇論文報告稱對一束高速物質噴流的觀測可能離軸，這或有助於解釋為什麼伽瑪射線暴通常看上去比較暗。

在另一篇《自然》論文中，作者利用GW170817的特性測量了哈勃常數——一種用於描述宇宙擴張的測量單位。GW170817是第一個發生在已知宿主星系內的引力波事件。作者使用宿主星系距離計算出的哈勃常數約為70 km/每秒/百萬秒差距，與之前的預估值一致。

中子星合併告訴我們什麼？

由黑洞合併引發的引力波信號持續時間很短，通常只有一秒甚至更短。但中子星合併引發的信號可能持續一分鐘：中子星比黑洞的質量要小，由於合併而產生的引力波強度不如黑洞，因此比起黑洞，中子星的軌道衰減和相互融合需要花費更長的時間。更長的持續時間讓研究人員能夠對愛因斯坦的廣義相對論進行更精確的檢驗，同時也可能為中子星的起源提供更多線索。

短伽瑪射線暴的觀測本身也具有重要的意義，它與引力波的關聯證實了數十年來，伽瑪射線暴源於中子星合併的理論。此外，NGC4993距離我們4千萬秒差距，這可能是有記錄以來的最近的一次短伽瑪射線暴。要知道，大部分此類事件都發生在與我們相距幾十億秒差距的遙遠宇宙。

目前，我們對中子星的結構的認知還十分有限。而中子星合併事件產生的引力波的詳細信息，或許能為我們揭開中子星結構的面紗。我們還將有機會知道，合併後是否會再形成一顆中子星，或是形成黑洞。

早有預兆

早在今年8月，LIGO觀測到中子星合併引發的引力波的流言就已經流傳開。德克薩斯大學奧斯汀分校的天文學家克雷格·惠勒（Craig Wheeler）8月18日在推特上寫道：「LIGO上演新發現，發現存在光學對應體的引力波源。真是太棒了！」一個小時以後，西雅圖華盛頓大學的天文學家彼得·約阿希姆（Peter Yoachim）在推特上發帖稱LIGO探測到來自星系NGC 4993的光學對應體的信號。約阿希姆稱：「源頭是相互合併的兩顆中子星」。

當然，即便這些天文學家提前透露了風聲，但在對數據進行仔細分析、確定信號來源之前，LIGO官方顯然不會發布觀測結果。隨後，惠勒還在推特上公開道歉：「不論對與錯，我都不該發表那條推特。LIGO有權在其覺得合適的時間點宣布新發現。這是我的錯。」

但從全球主要的天空望遠鏡在那段時間的觀測情況中，人們很容易發現端倪。公開的記錄表明，在可能存在引力波源的同一片區域，NASA的費米伽瑪射線太空望遠鏡已經觀測到了伽馬射線。這在理論上與中子星合併形成的伽馬輻射暴一致，但天文學家也提醒說，即使費米望遠鏡觀測到了伽馬射線暴，其精確度也不足以讓我們辨認出來源。

隨後，有人注意到NASA的錢德拉X射線天文台（Chandra X-ray observatory）也加入了觀測。錢德拉天文台的網站有一份公開記錄關於8月19日的觀測，該記錄表示望遠鏡指向NGC4993星系，並觀測到一個編號為SGRB170817A的事件，該代號意為「2017年8月17日發生了一次短伽瑪射線暴」。該記錄的最醒目的部分是「觸發條件」部分，解釋瞭望遠鏡終止預先計劃而轉到該方向的原因。這份報告寫道：「引力波的源頭要麼被LIGO探測到，要麼被Virgo探測到，或者被二者均探測到。」

錢德拉X射線天文台

另外一些主要天文望遠鏡，包括位於歐洲南方天文台的甚大天文望遠鏡和阿卡塔瑪大型毫米/亞毫米觀測陣列(ALMA)，都在8月18日和19日兩天對NGC 4993星系進行了觀測。

8月25日，LIGO-Virgo聯合發布了更新：「經過我們的初步分析，在LIGO和Virgo的數據中我們確認了幾個有希望的引力波信號候選，我們也將所知道的信息與合作夥伴共享。我們正在努力分析這些候選是否為確鑿的引力波事件，我們也需要時間來評估其置信水平。我們會在消息確認後儘快向大家公開。」而現在，這一消息終於得到官方確認。

參考鏈接

http://www.nature.com/news/rumours-swell-over-new-kind-of-gravitational-wave-sighting-1.22482

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