从预言到观测 中国助推天文学进入全新时代

新华社洛杉矶10月17日报道:从理论预测到南方天空观测，中国将天文学推向一个新时代

新华社记者郭爽

图为2016年12月30日拍摄的南极巡天望远镜AST3-2。新华社(中国科学院南极天文中心提供)

1.3亿光年外的NGC 4993星系中两颗中子星的合并，给了整个天文团体一场集体盛宴。来自许多国家的科学家在16日同时宣布，人类首次直接探测到来自两颗中子星合并的引力波和伴随的电磁信号，从而开创了“多信使天文学”的新时代。

在探索国际合作的过程中，中国不是旁观者。从最早参与提出理论模型到南极天文观测，中国科学家正在成为前沿科学探索的生力军。

中国科学家是第一个参与理论预测的人

1957年美国《现代物理学评论》发表的一篇关于恒星物理学的里程碑式论文提出，随着温度的逐渐升高，恒星中会相继出现氢聚变、氦聚变等现象，并会产生各种元素。在恒星的最后几年，它们内部会形成铁芯。在进化的最后，超新星会爆发并产生中子星和重金属。

虽然在20世纪末的天文学界有很多关于双中子星合并的讨论，但人们普遍认为合并过程会喷射出一些以亚光速向外运动的物质。然而，除了引力波辐射，人们并不十分清楚在合并过程中会发生什么天文现象。

当时在美国普林斯顿大学学习的中国青年学生李立新和波兰天体物理学家博格丹·帕岑斯基在1998年首次提出中子星合并模型，并推导出相关电磁辐射的解析公式。从那以后，世界各地的科学家做了大量的工作来不断改进和丰富这个模型。

在北京大学工作的天体物理学家李立新对第一次直接探测到引力波和伴随的来自两颗中子星合并的电磁信号感到非常高兴。“但这不能称之为模型的最终证明。我们需要至少达到这一水平的更多检测结果。”

中国望远镜承载国际高期望

在美国LIGO于8月17日捕捉到GW 170817之后，世界各地的望远镜争相瞄准1.3亿光年以外的光源。世界各地的传统望远镜分别观察伽马射线、X射线、可见光、红外线和无线电波，最终确定这一信号来自何处。

“尽管全球观测站在此次事件中开展了观测活动，但中国的观测站显然拥有更好的观测条件，更适合在半年黑暗的南极承担这种具有挑战性的任务。”16日，加里·桑德斯在接受新华社采访时表示，他和新诺贝尔奖得主巴里·巴里什一起掌管LIGO。

在探测到引力波源信号后约一天，安装在南极冰穹A上的有效观测孔径为50厘米的中国南极巡天望远镜自动开始观测目标源，最终得到目标天体的光变曲线，与理论预测高度一致。澳大利亚天体物理学家、美国国家光学天文台前台长杰里米·莫尔德(Jeremy Maulde)说:“多亏了中国南极望远镜的探测，正是这一探测结果让我们离双中子星演化之谜又近了一步。”

电磁波的余辉转瞬即逝。“许多天文台不得不等到另一个晚上才开始观测，而中国的南极观测完全不同。”桑德斯目前是国际大规模合作项目30米望远镜的项目经理，他告诉记者。

中国成为前沿天文探索的生力军

虽然中子星在宇宙中很常见，但中子星合并并不是一个特别常见的现象，而且也不容易发现这种宇宙现象。根据摩尔德的说法，中子星合并的数量大约是中子星数量的10%。

桑德斯告诉记者:“中国在南极洲安装的望远镜不仅能快速捕捉信号，还能进行测量。”。“这是一项令人激动的成就。这也证明了中国在南极安装的望远镜是相当有效和值得的。”

在南极洲，目前只有中国在圆屋顶A安装了望远镜，在圆屋顶C安装了欧洲望远镜。到目前为止，由中国国家天文台南极小组自主开发的南极巡天望远镜的操作和控制系统已经成功运行了几年，实现了在真正无人值守的情况下，望远镜的指向跟踪全自动运行。

“中国有能力观察南方天空中的天文事件，尤其是那些基于南极洲的事件。中国科学家已经进行了全面的科学分析，并从能量衰减的角度支持了双重中子星与引力波电磁对应星融合的重大天文发现，”中国国家天文台副台长薛绥建说。“我们担心自己仍会是局外人，但在这个划时代的天文事件中，中国科学家做出了非凡的贡献。”

今年早些时候，中国宣布将在南极冰穹A区再安装两台望远镜，一台是2.5米的昆仑暗宇宙观测望远镜，另一台是5米的冰穹A太赫兹探测器，旨在为地球上的天文观测打开一扇独特的新窗口。莫尔德相信，这两个望远镜将成为世界上强大的遥控天文台。

薛穗建说:“随着多信使天文学新时代的到来，更令人激动甚至完全出乎意料的重大发现将继续出现。”。“我们还将继续努力发展和提高天文观测设备的综合能力，并将天文学推向一个新的时代。”

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