引力波的源头，终于出现在我们视线中

谣言终于被证实了。北京时间10月16日22时，LIGO科学合作组织和处女座引力波探测器合作组织联合召开新闻发布会，宣布再次探测到时空涟漪。

这是人类第五次探测到引力波。然而，科学界的兴奋不亚于首次发现引力波的时候。因为它不同于之前探测到的四个引力波信号，所以这次它来自两个1.3亿光年外的合并中子星。科学家第一次同时观测到引力波和它们的电磁对应物，以及科学家预测的巨型新星现象。

1.迄今为止最强的引力波信号

“这是迄今为止我们观察到的最强的引力波信号，比首次观察到的双黑洞引力波信号强得多。”LIGO爆发源分析小组的联合主席、格拉斯哥大学教授、北京师范大学的外国专家伊克·西昂(Ik Siong Heng)说，它与之前的双黑洞产生的引力波信号非常相似，但持续时间更长。探测器中的重力波信号持续时间超过1分钟，而前两个黑洞的重力波信号总和只有1秒钟左右

双中子星合并过程中质量喷射和射流形成的数值模拟。

8月17日，LIGO和处女座的三个探测器先后收到了GW170817。在探测到GW170817后1.7秒，美国宇航局的费米卫星探测到伽马射线爆发GRB170817A。不到11小时后，智利的斯沃普望远镜报告说，在星系NGC4993中观察到明亮的光源。在接下来的几周里，许多望远镜将目光聚焦在天空上，记录下从事件发生前100秒到事件发生后几周的信号。

“当GW170817信号首次到达时，路易斯安那州利文斯通的LIGO探测器数据中存在杂散噪声。根据这些噪音的特点，我们从分析中推断出它们。”Ik Siong Heng说，从那时起，研究人员已经证实，在这段时间内没有注入人工模拟信号，这些信号确实来自遥远的天体。

根据这些记录，科学家们已经恢复了故事的过程:在距地球1.3亿光年的星系NGC4993中，两颗中子星相互环绕。在合并前约100秒，它们相距400公里，每秒钟绕对方旋转12次，并向外辐射引力波。它们越来越近，直到最后碰撞，形成新的天体并发射电磁辐射。

两颗中子星合并后发出的短γ射线爆发和巨大新星辐射示意图

中子星是恒星演化结束时形成的一种致密天体。虽然它的半径只有十多公里，但它的质量相当于太阳的质量。中子星有多硬？它的内部物质以什么状态存在？这些一直是科学家感兴趣的问题。

根据观察到的引力波信号，科学家估计了两颗中子星的质量和半径，并对它们的密度给出了保守的限制，有助于消除那些低估中子星密度的理论模型。“引力波信号的演化，尤其是合并阶段附近的信号演化，受到中子星本身性质的影响。如果中子星更密集或更松散，引力波的信号就会不同。”张思恒说。

2.预期电磁对应物

“这个结果来得太快了。据推测，第一次双中子星合并要到2020年左右才能观测到。中国科学院紫金山天文台研究员吴雪峰在接受《科技日报》记者采访时，无法掩饰自己的激动。

与双黑洞的合并不同，双中子星的合并过程不仅向外辐射引力波，而且在多个波段发射电磁辐射，从而被望远镜观测到。那些发射引力波并被望远镜观测到的天体被称为引力波的电磁对应物。

为什么天文学家对引力波的电磁对应物如此感兴趣？“引力波都是一次性的，不能重复观察。它的电磁对应物并非如此。”北京师范大学天文系副教授高鹤解释说:“另外，引力波信号也有一定的缺陷，如信号微弱，信号源定位误差很大。只有引力波探测不能确认信号来自哪里。”高贺表示，电磁波段是目前研究最成熟、最深入的观测窗口，也是现有探测手段和仪器最丰富的窗口。只有实现引力波和电磁波的联合探测，才能确定引力波源的天体物理起源，并进一步研究其天体物理性质

LIGO(激光干涉引力波天文台)

LIGO和处女座的目标是恒星致密天体(即黑洞和中子星)发出的引力波。在这个探测范围内，双中子星的合并以及中子星和黑洞的合并被认为是引力波电磁对应物的可能候选者。在LIGO发展的早期，双中子星的合并被认为是引力波观测的主要目标。

在8月17日检测到的合并中，科学家仍然不能确定一颗质量更大的中子星还是一个黑洞最终形成了。然而，众所周知，新天体的质量大约是太阳质量的2.74倍，在这一过程中损失的质量主要转化为引力波和电磁波，辐射到宇宙的各个方向。

3.找到金银和其他元素的发源地

科学家们对这一观测感到兴奋，因为这一观测将双中子星合并与短伽马射线爆发直接联系起来，并且首次观测到了巨型新星现象，这使科学家们能够深入了解双中子星合并的物理过程。

所谓的伽马射线爆发是指天空中某个方向的伽马射线突然变亮的现象。根据伽马射线爆发的持续时间大于或小于2秒，它可分为长爆发和短爆发。科学家认为，长伽马射线爆发与大质量恒星坍缩形成黑洞有关，而短伽马射线爆发则源于双中子星的合并或中子星和黑洞的合并。前者已被大量观察证实，但后者尚未发现直接的观察证据。

巨型新星于1998年由北京大学教授李立新(当时是普林斯顿大学的博士生)与已故的普林斯顿大学教授博丹·帕钦斯基合作构想。双中子星合并时抛出的物质将通过快中子过程形成重元素，如金和银，并形成光学和近红外辐射李立新说，这些辐射现象比超新星的亮度暗100倍，比普通新星亮1000倍，被称为巨型新星或千颗新星。

在这次观测中，科学家捕捉到了引力波信号、短伽马射线爆发和光学信号。随后的分析证明，这些信号是相互关联的，都来自中子星合并。安装在中国南极大陆的南极巡天望远镜AST3也捕捉到了组合的光学信号。

许多学者完善了巨型新星的理论，这次的观测结果与完善的理论构想一致李立新说。

“8月，南极的冬天刚刚过去，目标物体的地平线相对较低，每天大约有2小时的观测时间。自8月18日以来，我们进行了10天的观测，获得了91幅目标物体的图像，最终获得了目标物体的光变曲线，这与巨新星理论的预测高度一致。”吴雪峰说。

自2013年以来，科学家们已经为这颗巨大的新星找到了许多候选者。“它们只能被称为候选者，因为只有一两个光信号点，而且没有获得光曲线，特别是没有同时观察到引力波来证明它们来自双中子星合并。”吴雪峰说。

“理论上，所有双中子星合并形成巨大的新星。但通常它们相对较暗且较弱，所以能否被看见取决于它们离我们的距离。”幸运的是，李立新说，这两颗中子星离我们不远。

迄今观测到的双中子星和引力波相对较近，因此为天文学家寻找巨星提供了参考张思恒说。在伽马射线爆发的研究中，引力波可以提供诸如双中子星及其共轭物的质量和自旋等信息。"这些基本特征使天体物理学家能够建立模型来解释观测到的伽马射线爆发。"

4.测试宇宙法则的新信使

引力波和电磁波携带不同类型的天体信息。引力波及其电磁对应物的发现有助于科学家结合不同的信息研究天体的性质，并检验宇宙的基本规律。

例如，哈勃常数是测量宇宙膨胀速率的一个重要参数。目前，其数值可以通过测量Ia型超新星、重子声波振荡、宇宙微波背景等获得。然而，随着检测精度的提高，测量值的差异越来越明显。例如，通过测量附近的Ia型超新星获得的哈勃常数值明显大于普朗克空间卫星通过宇宙微波背景观测获得的值。引力波及其电磁对应物的发现将为测量哈勃常数提供一个独立的通道。波源的距离可由引力波波形获得，红移信息可由电磁波对应体提供，哈勃常数可根据距离红移关系测量北京师范大学天文学教授朱宗红说。

在最近的观测中，LIGO科学合作组织进行了这一尝试，并获得了哈勃常数70公里/(秒)。百万秒)。"由于在测量过程中需要引力波的波形信息，所以电流测量不准确."朱宗洪说:“将来，用重力透镜法，哈勃常数误差预计会限制在1%，这比目前的光学波段测量精度要高得多。”