北京時(shí)間10月17日消息，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)邀請(qǐng)引力波研究科學(xué)家在10月16日晚間召開(kāi)發(fā)布會(huì)，通報(bào)了引力波研究領(lǐng)域的重要進(jìn)展�？茖W(xué)家們宣布他們首次檢測(cè)到了一種新型的引力波，來(lái)自中子星合并事件，并且與前幾次引力波事件都不同的是，此次科學(xué)家們還檢測(cè)到了產(chǎn)生此次引力波信號(hào)的對(duì)應(yīng)天體。如果將引力波比作聲音，而將光學(xué)波段的觀測(cè)比作視覺(jué)，那么此前四次的引力波信號(hào)都是“只聞其聲，不見(jiàn)其人”，而這一次，我們找到了引力波信號(hào)對(duì)應(yīng)的天體，可謂“聞其聲，且見(jiàn)其人”——面對(duì)廣袤宇宙，我們變得“耳聰目明”了!
那么，如果你錯(cuò)過(guò)了這場(chǎng)發(fā)布會(huì)，以下就是關(guān)于這次發(fā)布會(huì)最核心內(nèi)容的通俗解讀。
新進(jìn)展一：首次觀測(cè)到新型引力波
簡(jiǎn)單一句話，就是這一次我們探測(cè)到了一種跟之前幾次完全不同類(lèi)型的引力波信號(hào)。
迄今為止，全部探測(cè)到的五次引力波事件。前面四個(gè)都來(lái)自黑洞的合并，最下面那個(gè)是今天宣布的，首個(gè)來(lái)自中子星合并的引力波信號(hào)�？梢钥吹剑@一信號(hào)的持續(xù)時(shí)間明顯要比之前來(lái)自黑洞合并的引力波信號(hào)長(zhǎng)得多
中子星合并并產(chǎn)生引力波示意圖。大約13億年前，兩個(gè)間隔大約300公里，相互繞轉(zhuǎn)的中子星逐漸靠近，越轉(zhuǎn)越快，造成周?chē)鷷r(shí)空的擾動(dòng)，產(chǎn)生引力波信號(hào)，并最終合并為一體
引力波的歷史可以追溯到100年前的1916年，那一年，愛(ài)因斯坦在他發(fā)表的廣義相對(duì)論中首次預(yù)言了引力波這種現(xiàn)象的存在。引力波是大質(zhì)量天體運(yùn)動(dòng)在時(shí)空中造成的漣漪，但是這種效應(yīng)極其微弱。事實(shí)上，愛(ài)因斯坦本人對(duì)于人類(lèi)能否最終探測(cè)到引力波也是沒(méi)有多少信心的，因?yàn)橐Σㄔ斐傻男?yīng)實(shí)在太過(guò)微弱，打個(gè)比方，從距離我們4光年外的比鄰星拉根線到地球上，當(dāng)引力波信號(hào)通過(guò)造成時(shí)空扭曲時(shí)，這根線的長(zhǎng)度會(huì)發(fā)生變化。通過(guò)對(duì)這根線長(zhǎng)度變化的觀測(cè)，我們就能判斷有引力波通過(guò)。但是，當(dāng)引力波通過(guò)時(shí)，這根4光年長(zhǎng)的線的長(zhǎng)度變化大約只相當(dāng)于人的頭發(fā)絲直徑那么大!
然而，就是這么難以置信的測(cè)量精度，科學(xué)家們做到了。在2015年9月14日格林尼治時(shí)間09：50：45(北京時(shí)間17：50：45)，位于美國(guó)華盛頓州漢福德和路易斯安那州列文斯頓的LIGO探測(cè)設(shè)施均接收到一個(gè)引力波信號(hào)，并根據(jù)其信號(hào)發(fā)現(xiàn)時(shí)間，將其編號(hào)為“GW150914“。分析結(jié)果顯示，信號(hào)GW150914是由兩個(gè)質(zhì)量分別為36倍以及29倍太陽(yáng)質(zhì)量的黑洞合并過(guò)程中而產(chǎn)生的，合并后形成的單一黑洞質(zhì)量約為62倍太陽(yáng)質(zhì)量，可見(jiàn)有將近3倍太陽(yáng)質(zhì)量的物質(zhì)被轉(zhuǎn)化成了引力波，而這一事件的發(fā)生地遠(yuǎn)在13億光年之外。這是一次里程碑式的事件：人類(lèi)首次直接探測(cè)到了100年前愛(ài)因斯坦所預(yù)言的引力波信號(hào)。
而自那以后，科學(xué)家們又陸陸續(xù)續(xù)探測(cè)到了3次新的引力波信號(hào)，編號(hào)分別是GW151226，GW170104以及GW170814，另外，還有一次疑似的引力波信號(hào)LVT151012。從編號(hào)上，可以很清楚的看到信號(hào)被接收到的日期。其中最新的一次，也就是GW170814是歐洲自己的引力波探測(cè)設(shè)施Virgo首次探測(cè)到引力波信號(hào)。
以上，所有這4次得到確認(rèn)的引力波信號(hào)都有一個(gè)共同點(diǎn)，那就是它們無(wú)一例外都是來(lái)自?xún)蓚�(gè)黑洞的合并。但是宇宙中能夠產(chǎn)生強(qiáng)烈引力波信號(hào)的來(lái)源有很多，除了黑洞合并之外，理論上中子星合并產(chǎn)生的引力波信號(hào)同樣有可能被LIGO等設(shè)備探測(cè)到。于是人們就非常期待這一天的到來(lái)，LIGO的科學(xué)家們也多次公開(kāi)表示，他們希望能夠檢測(cè)到來(lái)自中子星合并的引力波信號(hào)。
盡管有預(yù)期，但大家都沒(méi)想到這一天會(huì)來(lái)的如此之快。就在今年的8月17日美國(guó)東部時(shí)間8：41(北京時(shí)間當(dāng)天20：41)，LIGO探測(cè)器檢測(cè)到第五次引力波信號(hào)GW170817，而且這次這次和前四次都不一樣，這個(gè)信號(hào)的特點(diǎn)顯示其來(lái)自?xún)深w中子星的合并。說(shuō)具體一些，參與其中的兩顆中子星質(zhì)量分別為1.1倍以及1.6倍太陽(yáng)質(zhì)量，距離地球大約1.3億光年。LIGO研究組實(shí)現(xiàn)了他們的又一次重要進(jìn)展：新型引力波的發(fā)現(xiàn)。
新進(jìn)展二：首次觀測(cè)到引力波光學(xué)對(duì)應(yīng)體
簡(jiǎn)單一句話，就是這一次我們不但探測(cè)到了引力波，而且還找到了產(chǎn)生這個(gè)引力波信號(hào)的源頭。
科學(xué)家們拍攝的引力波信號(hào)GW170817光學(xué)對(duì)應(yīng)體�？梢钥吹皆趦深w中子星合并之后4天時(shí)拍攝的畫(huà)面中，光學(xué)輻射波段還很明亮，可以看到一個(gè)小亮點(diǎn)，但隨著時(shí)間推移，逐漸消失了
在LIGO引力波探測(cè)器檢測(cè)到引力波信號(hào)通過(guò)的幾乎同時(shí)，正在地球軌道上運(yùn)行的美國(guó)宇航局“費(fèi)米”伽馬射線望遠(yuǎn)鏡和INTEGRAL等探測(cè)器監(jiān)測(cè)到一個(gè)劇烈的伽馬射線爆發(fā)事件。這一意外驚喜極大的幫助科學(xué)家們縮小了引力波來(lái)源天體的方位區(qū)域
2017年8月17日美國(guó)東部時(shí)間8：41(北京時(shí)間當(dāng)天20：41)，兩臺(tái)設(shè)在美國(guó)的LIGO探測(cè)器，以及設(shè)在意大利境內(nèi)的Virgo探測(cè)器都接收到了一次新的引力波信號(hào)。
盡管LIGO探測(cè)器最先檢測(cè)到此次引力波信號(hào)，但卻無(wú)法在天空中準(zhǔn)確定位出其方位。然而，借助歐洲Virgo引力波探測(cè)設(shè)施的幫助，科學(xué)家們得以將此次引力波出現(xiàn)的區(qū)域框定到一個(gè)比較小的范圍內(nèi)。在經(jīng)過(guò)一系列數(shù)據(jù)矯正之后，科學(xué)家們確認(rèn)這一信號(hào)應(yīng)該是來(lái)自南半球的一片小范圍天區(qū)。這一結(jié)果就為此后精確找到產(chǎn)生引力波的來(lái)源天體奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，而這是此前幾次引力波事件中都不曾具備的條件。
另外，在LIGO引力波探測(cè)器檢測(cè)到引力波信號(hào)通過(guò)的幾乎同時(shí)，正在地球軌道上運(yùn)行的美國(guó)宇航局“費(fèi)米”伽馬射線望遠(yuǎn)鏡監(jiān)測(cè)到一個(gè)劇烈的伽馬射線爆發(fā)事件。這一意外驚喜極大的幫助科學(xué)家們縮小了引力波來(lái)源天體的方位區(qū)域。隨后， 引力波研究組的科學(xué)家們向全球各地的同行們發(fā)出了申請(qǐng)支援的請(qǐng)求并很快得到積極響應(yīng)。
幾小時(shí)內(nèi)，幾臺(tái)大型地面望遠(yuǎn)鏡開(kāi)始指向科學(xué)家們框定的南半球那片區(qū)域開(kāi)始尋找可能的引力波源頭并很快得到結(jié)果。光學(xué)望遠(yuǎn)鏡報(bào)告它們?cè)陬A(yù)定天區(qū)找到一顆“新出現(xiàn)的星”，那里正是兩顆中子星合并的現(xiàn)場(chǎng)，也就是產(chǎn)生了這次引力波信號(hào)的源頭。最終，全球有超過(guò)70個(gè)天文臺(tái)以及超過(guò)100臺(tái)觀測(cè)設(shè)備從各個(gè)波段投入了這項(xiàng)全球觀測(cè)大協(xié)作。這是引力波研究領(lǐng)域的又一座嶄新里程碑，如果將引力波比作聲音，而將光學(xué)波段的觀測(cè)比作視覺(jué)，那么此前四次的引力波信號(hào)都是“只聞其聲，不見(jiàn)其人”，而這一次，我們找到了引力波信號(hào)對(duì)應(yīng)的天體，可謂“聞其聲，且見(jiàn)其人”——面對(duì)黑暗廣袤宇宙，我們變得“耳聰目明”了!
新進(jìn)展三： 首次證實(shí)中子星合并事件可以產(chǎn)生大量重元素
簡(jiǎn)單一句話，就是這一次我們發(fā)現(xiàn)中子星合并過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的重元素，這解決了長(zhǎng)期以來(lái)的一個(gè)謎團(tuán)。
從地面到太空，從赤道到南極，全球有超過(guò)70個(gè)天文臺(tái)以及超過(guò)100臺(tái)觀測(cè)設(shè)備從各個(gè)波段投入了這項(xiàng)全球觀測(cè)大協(xié)作
觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在這兩顆中子星的合并現(xiàn)場(chǎng)可以觀察到明顯的跡象，顯示那里合成了大量重元素，包括金，鉑和鈾等。這回答了一個(gè)長(zhǎng)期懸而未決的問(wèn)題：宇宙中的重元素從何而來(lái)?
這個(gè)可以說(shuō)是一個(gè)副產(chǎn)品了。科學(xué)家們?cè)趯?duì)這個(gè)光學(xué)對(duì)應(yīng)體進(jìn)行觀測(cè)時(shí)候，發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)中子星合并的過(guò)程中產(chǎn)生了大量的重元素，比如金，珀，以及鈾之類(lèi)。這是對(duì)之前理論的一次證實(shí)。
中子星是體積非常小，但密度極高，質(zhì)量很大的奇異天體，它們是大質(zhì)量恒星爆炸后的產(chǎn)物。中子星是最接近黑洞但沒(méi)有變成黑洞的天體，它們的密度極大，僅次于黑洞。一湯匙的中子星物質(zhì)幾乎相當(dāng)于全世界70億人的體重加在一起的總和。而此次引力波事件所探測(cè)到的，正是一次發(fā)生在大約1.3億年前的兩顆中子星之間的相互合并事件所產(chǎn)生的引力波信號(hào)。
這次引力波信號(hào)的一大不同之處就在于這一次科學(xué)家們成功鎖定了它的來(lái)源在天空中的位置，并引導(dǎo)大批觀測(cè)設(shè)備從光學(xué)，紅外，射電，伽馬射線，X射線等不同波段進(jìn)行了全方位觀測(cè)。很快，美國(guó)南雙子望遠(yuǎn)鏡，以及歐洲南方天文臺(tái)的甚大望遠(yuǎn)鏡以及哈勃空間望遠(yuǎn)鏡等的觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，在這兩顆中子星的合并現(xiàn)場(chǎng)可以觀察到明顯的跡象，顯示那里合成了大量重元素，包括金，鉑和鈾等。
這是一項(xiàng)重要進(jìn)展�？茖W(xué)家們知道在宇宙大爆炸時(shí)產(chǎn)生了大量輕元素，主要是氫和氦，除此之外在元素周期表上一直到鐵的所有這些元素，基本都是在恒星內(nèi)部的核聚變過(guò)程中產(chǎn)生的，但比這質(zhì)量更大的元素究竟如何產(chǎn)生，一直未能得到很好的理解。超新星爆發(fā)過(guò)程等機(jī)制可以解釋一部分重元素的產(chǎn)生，但是光靠這些機(jī)制很顯然難以解釋宇宙中重元素的實(shí)際豐度。而此次中子星合并產(chǎn)生重元素的機(jī)制首次得到觀測(cè)證實(shí)，從而解決了一個(gè)長(zhǎng)期以來(lái)困擾物理學(xué)界的問(wèn)題。
哈佛大學(xué)史密森天體物理學(xué)中心的厄爾多·貝格(Edo Berger)表示：“此前元素周期表中那些質(zhì)量最大的元素的起源一直不甚明了，直到今天——我們了解到，它們可以在中子星的合并過(guò)程中被產(chǎn)生出來(lái)。”他說(shuō)：“每次這樣的合并事件都能產(chǎn)生質(zhì)量超過(guò)一個(gè)地球的貴金屬，比如珀金和黃金，還有很多非常稀少的稀土元素。”事實(shí)上，科學(xué)家們的計(jì)算顯示，今年8月17號(hào)觀測(cè)到的這次中子星合并事件，產(chǎn)生了相當(dāng)于10倍地球質(zhì)量的黃金和鉑金。這些重元素在這里被制造出來(lái)，并隨后被撒播到宇宙各處，或許其中一部分會(huì)有一天落到地球上，最終成為了我們婚禮上的愛(ài)情信物。
