「多信使天文學」時代已經到來

中子星撞擊會釋放出多種形式的信號，現在天文學家已經可以探測到這些信號。圖片來源：Robin Dienel

2017年8月17日的一個早上，隨著天空中划過一道閃光，天文學的新時代來臨了。這個被費米伽瑪射線太空望遠鏡捕捉到的伽馬射線的爆發來自宇宙中某處兩個中子星（當大質量恆星坍塌和死亡時形成的密度極高的天體）的合併。但伽馬射線並非此次合併形成的唯一信號。在費米望遠鏡捕捉到這一信號的幾秒內，合併形成的時空漣漪也在兩個設施——位於美國的引力波干涉天文台（LIGO）和位於義大利的處女座天文台（Virgo）之間產生了回蕩。

這些漣漪即為引力波，檢測到它們更類似於「聽見」而非「看見」。根據引力波抵達的時間和強度，天文學家推測它們來自於距離地球1.3億光年的一個星系。此後，全世界數千名科學家圍繞整個電磁光譜——從伽馬射線到可見光再到攝電波對此次合併作了協調性研究。

這些付出是值得的。觀察表明，此次合併產生了比鐵更重的大量元素，證明了中子星撞擊是宇宙中金和其他稀有金屬的最初來源。隨著探測以及研究更多的類似合併，這樣的集體觀察將能揭示中子星的內部信息——這些恆星「屍體」的密度如此之高以至於使其處於塌縮為黑洞的邊緣。此外，通過對比合併天體的亮度及其引力波強度，天文學家能夠測量出其準確的距離。這些知識可以讓他們探測暗能量（被認為加速宇宙膨脹的神秘力量）的特徵。

人們從這些中子星合併中獲得的收穫令人印象深刻，然而還可以做得更好。在南極洲尋找被稱為中微子的「幽靈」粒子的冰立方天文台沒有任何發現，該天文台高級科學家Francis Halzen說，這很可能是因為這些粒子是作為一束散發的，可能錯過了地球。如果說從此次合併中捕捉到的光和引力波類似於「看到」和「聽到」它，那麼，找到中微子就相當於是「品嘗」到了它。

研究人員將這樣的協同觀測成稱為「多信使」天文學，在此過程中，信使可以是電磁輻射、引力波或是亞原子粒子。從許多方面來說，多信使方式都是天文學家最瘋狂的夢想之一，儘管如此，他們仍需要分析來自不同天文台的「噩夢」般的海量數據。

「這一次的合併事件幾乎耗盡了我們的精力。我們幾乎放下了所有一切，告訴家人、孩子結果不出來我們就見不到他們。」西北大學天文學家、LIGO團隊成員Vicky Kalogera說，「我們需要重新思考如何開展相關研究，因為我們很快將能看到類似去年的合併事件，或是每月一次，或者甚至每周一次。」（晉楠）

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