引力波大发现：双中子星合并撞开宇宙起源新大门

【本报综合报道】昨晚(10月16日)，“时空涟漪”震撼了整个天文界，而对于“从小怀有科学家梦想”的普通网友来讲，中子星合并产生的引力波，除了开启“宇宙起源”的新窗口外，还解开了宇宙中“巨型黄金制造厂”之谜。

图：模拟双中子星合并，扭曲的时空网象征着爆炸发出的引力波

北京时间10月16日22时(美国东部时间10月16日10时)，美国国家科学基金会召开新闻发布会，宣布酝酿一天的“天文大发现”——美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和欧洲室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次直接探测到了由双中子星并合产生的引力波(“时空涟漪”)及其伴随的电磁信号。

(注：引力波：黑洞等极端天体物理过程中引力场急剧变化引起的时空扭曲)

据悉，本次引力波事件GW 170817是人类首次直接探测到由两颗中子星并合产生的新型引力波事件(区别于以往发现的双黑洞并合)，发生在距离地球1.3亿光年之外的编号为NGC 4993的星系中。

久违的宇宙：全世界天文学家集体沸腾的嗨点在哪？

第一，首次探测到双中子星合并。LIGO项目组成员、美利坚大学天体物理学家格雷戈里·哈里表示，此前观测到的引力波均来自黑洞。黑洞完全由扭曲时空构成，本质上没有物质，而中子星却是一个切实星体，观测两个中子星合并与观测两个原子核合并“并没有什么不同”，因此能深入了解核物质的行为。

哈里说，中子星引力波可以用来直接测量到源的距离，而相应的电磁信号给出了速度，由此可用来校准宇宙膨胀速度，即所谓哈勃常数，从而进一步回答宇宙从哪里来、又往哪里去等重大问题。

第二，不得不提的是，引力波是1916年爱因斯坦建立广义相对论后的预言。这次引力波的发现验证了广义相对论最后一个未被实验直接检测的预言。

第三，首次同时观测到来自同一个天文事件的引力波和电磁波。引力波的探测被称为一个“令人激动的里程碑”——“多信使天文学”，因为它使人类在探测宇宙起源和仰望星空的的征程中有了联合起来的“绝佳锚点”，人类开启了观测宇宙的一扇新窗——引力波天文学。

“这是第一次我们既能‘看到’也能‘听到’的天文事件”哈里说，“引力波天文学才刚刚开始，随着21世纪科技向前发展，我们可以期待引力波观测将为宇宙学、天文学、天体物理学、核物理学和引力学以及其他领域带来更多见解。”

最后，首次提供确凿证据证实中子星合并就是宇宙金、铂等超铁元素的主要起源，而之前天文学家只是推测。

厉害了：未来“天文大发现”或由中国科学家主导发布

我国天文学家与LIGO、Virgo科学合作组，及全球各主要天文台同步发布重大天文发现——2017年10月16日22点，南京紫金山天文台 对外发布，中国南极巡天望远镜追踪探测到首例引力波事件光学信号。除此之外，南极巡天望远镜，我国的第一颗空间X射线天文卫星——“慧眼”望远镜在这次引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区，为全面理解该引力波事件和电磁对应体的物理机制做出了重要贡献。

引力波事件发生时，全球仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区，今年6月15日发射升空的，并处于试运行阶段的我国“慧眼”空间天文望远镜便是其中之一。

对此，中科院高能所粒子天体物理重点实验室熊少林指出，我国“慧眼”在这四台望远镜里的有效面积和时间分辨率是最高的。所以，“慧眼”的观测数据非常重要，是无可替代的。

因为，科学家之前普遍预计，这次双中子星并合产生的引力波闪将极为明亮，但实际上却十分暗弱，特别是在百万电子伏特高能区的辐射更为微弱，我国的“慧眼”望远镜凭借强大的探测性能，对该引力波闪在百万电子伏特高能区的辐射性质给出了严格的上限。

熊少林表示：“如果我们不去做这个观测的话，那你就不知道它在这个能段的辐射性质是什么。我们去做了观测，我们就知道，它在这个能段有没有辐射，也就是说我们给了它一个辐射的上限，这是非常重要的。”

另外，本次引力波事件也和中国即将开展的引力波探测计划密切相关——中国天文学家们正在紧张地开展工作，计划在太空实现“空间太极计划”“天琴计划”，在西藏实现“阿里实验计划”，聆听其他来源的引力波。业内人士表示，我们期待未来的“科学大新闻”由中国科学家主导发布。

网友脑洞大开：钻石戒指要让位于金戒指？

消息一经发出，赢得网友的极大关注，纷纷留言，“求知欲让我点开文章，知识储备证明我看不懂”“竟跟着热血沸腾”“有生之年还能看到”“你脖子上的金链子是从这来的”“小时候我们都想当科学家”“都是汉字竟看不懂，依然不明觉厉”“我什么时候可以实现时空穿越？”……

据中科院报道称，中国科学家获得的数据和全球其他天文台的观测结果一起揭示了此次双中子星并合抛射出1 %量级太阳质量(超过3000个地球质量)的物质，这些物质以0.3倍的光速被抛到星际空间，抛射过程中部分物质发生核合成，形成比铁还重的元素。因此，这次引力波光学对应体的发现，证实了双中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素(金、银)的起源。

哈佛大学史密森天体物理学中心的厄尔多·贝格(Edo Berger)表示：“此前元素周期表中那些质量最大的元素的起源一直不甚明了，直到今天我们了解到，每次这样的合并事件都能产生质量超过一个地球的贵金属，比如珀金和黄金，还有很多非常稀少的稀土元素。”事实上，科学家们的计算显示，今年8月17号观测到的这次中子星合并事件，产生了相当于10倍地球质量的黄金和铂金。

中国紫金山天文台副研究员金志平表示，通过对此次引力波光学信号的观测和光谱分析，首次提供确凿证据证实，中子星合并是宇宙中金、银等元素的主要起源，可以说，这解开了宇宙中“巨型黄金制造厂”之谜。

一位网友感叹道：很多东西从科学的角度想都非常浪漫，小小的一枚金戒指是几亿年前两颗巨大的星星相互碰撞后，经历了遥远的难以想象的空间，最终落在你手上，这是微如蜉蝣般的我们同一颗星星间的缘分。只要火山爆发就可以形成钻石，而要中子星互撞才能形成黄金，从这个角度讲，黄金才代表永恒。

南非夸祖卢－纳塔尔大学的引力波研究专家马寅哲在发给记者的电子邮件中开玩笑说：“如果有人问戴金戒指的女性朋友，她的金戒指从哪儿来？她应该说，这是从银河系中的合并中子星那里产生的。”

这么多金子下来，未来真的要“视金钱如粪土”？科学验证，这真的是想多了——据悉，中子星并合后，千新星是并合后产生的金银等放射性物质形成，而千新星扔碎块的速度大概是光速的0.1-0.3倍，就意味着这次的千新星扔出的金子就算有几块对准了地球，飞过来也需要大概5亿年。

附：

LIGO和VIRGO指的是？

LIG，激光干涉引力波天文台(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory，缩写为LIGO)是美国分别在路易斯安那州的列文斯顿和华盛顿州的汉福德建造的两个引力波探测器。两者都是用来寻找宇宙中的引力波，从而可以验证黑洞的存在和检验广义相对论。

VIRGO，处女座，指的是意大利比萨的处女座引力波探测器。

引力波是什么？

是黑洞等极端天体物理过程中引力场急剧变化，产生时空扰动并向外传播，人们形象地称之为“时空涟漪”。是时空扭曲带来的现象，就像石头被扔进水中所产生的波纹。

引力波探测历程——

资料显示，美国科学家2014年3月17日首次直接探测到宇宙大爆炸第一波震荡，即原始引力波。

然后，自从2015年9月14日LIGO首先发现双黑洞并合产生的引力波事件以来，已经探测到4例引力波事件，包括这次宣布的LIGO和Virgo联合探测的双中子星并合引力波事件。4次引力波信号均来自双黑洞并合。

第一次：LIGO的科学家在2015年9月14日首次探测到了引力波，并于2016年2月11日发布，这是物理和天文学的一个里程碑，它证实了爱因斯坦1915年发表的广义相对论中的一个重大预测，标志着引力波天文学领域的开始。

最近一次：2017年9月27日，美国和欧洲两个引力波项目组(LIGO和VIRGO)在意大利都灵召开新闻发布会称，两个项目组的3台干涉仪首次共同探测到了“时空涟漪”，不仅再次验证了广义相对论，还更准确地定位了产生引力波的黑洞位置。

刚刚过去的10月3日，3名科学家凭借为LIGO探测器建设和发现引力波所作贡献一举夺得2017年诺贝尔物理学奖。授予Rainer Weiss，Barry C. Barish和Kip S. Thorne，以表彰他们在引力波研究方面的贡献。