人類首次“看到”引力波

10月16日22時(shí)，國(guó)際天文界宣布一次新的科學(xué)進(jìn)展：首次直接探測(cè)到雙中子星并合引力波及其伴隨的電磁信號(hào)。這標(biāo)志著人類歷史上第一次使用引力波天文臺(tái)和其他望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到同一天體物理事件，預(yù)示著天文學(xué)研究進(jìn)入“多信使”階段。

人類首次“看到”引力波

全球多國(guó)科學(xué)家16日同步舉行新聞發(fā)布會(huì)，宣布人類第一次直接探測(cè)到來(lái)自雙中子星合并的引力波，并同時(shí)“看到”這一壯觀宇宙事件發(fā)出的電磁信號(hào)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、美國(guó)LIGO等提供的效果圖顯示兩個(gè)并合中的中子星。新華社發(fā)

On Monday, scientists who won a Nobel Prize for their discovery of gravitational waves announced the first detection of the collision of two neutron stars.

10月16日，因發(fā)現(xiàn)引力波而獲得諾貝爾獎(jiǎng)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)宣布，他們首次探測(cè)到了中子星合并。

Astronomers detected the merger from 130 million light-years away, in the galaxy NGC 4993, on the morning of August 17.

天文學(xué)家在8月17日晨間觀測(cè)到的此次合并來(lái)自1.3億光年之外的NGC 4993星系。

The team alerted astronomers all over the world to the event right after it happened, helping them point telescopes directly at the scene of the crash.

在探測(cè)到這一天文事件后，科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提醒全球的天文學(xué)家觀測(cè)這一現(xiàn)象，幫助他們把望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)合并現(xiàn)場(chǎng)。

此次引力波事件具有極為重要的意義，天文學(xué)家使用了大量地面和空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，形成了一場(chǎng)天文學(xué)歷史上極為罕見的全球規(guī)模的聯(lián)合觀測(cè)。不過(guò)，在引力波事件發(fā)生時(shí)，僅有4臺(tái)X射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測(cè)到爆發(fā)天區(qū)，中國(guó)的“慧眼”望遠(yuǎn)鏡便是其中之一。

慧眼望遠(yuǎn)鏡示意圖。來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

根據(jù)探測(cè)記錄，科學(xué)家復(fù)原出整個(gè)事件發(fā)生的過(guò)程：在距離地球1.3億光年的長(zhǎng)蛇座星系NGC4993中，兩顆中子星互相繞轉(zhuǎn)。在并合前約100秒時(shí)，它們相距400公里，每秒鐘互相繞轉(zhuǎn)12圈，并向外輻射引力波。它們?cè)睫D(zhuǎn)越近，直至最終碰撞在一起，形成新的天體，并發(fā)出電磁輻射。

雙中子星并合后發(fā)出短伽瑪暴和巨新星輻射的示意圖 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

The collision created the first observed instance of a single source emitting ripples in space-time, known as gravitational waves, as well as light, which was released in the form of a two-second gamma ray burst.

通過(guò)這次合并，科學(xué)家首次觀測(cè)到太空中單源發(fā)射的引力波，并觀測(cè)到了以兩秒鐘的伽馬射線暴形式釋放出的可見光。

It is being hailed as the first known instance of multi-messenger astrophysics: one source in the universe emitting two kinds of waves, gravitational and electromagnetic.

這預(yù)示著天體物理學(xué)首次進(jìn)入多信使階段：宇宙中的同一來(lái)源發(fā)射出兩種形式的波，引力波和電磁波。

你戴的金戒指來(lái)自中子星碰撞?

中國(guó)紫金山天文臺(tái)副研究員金志平參與的國(guó)際團(tuán)隊(duì)，通過(guò)對(duì)此次引力波光學(xué)信號(hào)的觀測(cè)和光譜分析，首次提供確鑿證據(jù)證實(shí)，中子星合并是宇宙中金銀等元素的主要起源。金志平說(shuō)：“這就是宇宙中的‘巨型黃金制造廠’。”

雙中子星合并圖解。(來(lái)源：NASA)

These images revealed a radioactive soup giving birth to unfathomable amounts of platinum, gold, and silver — not to mention elements like the iodine found in our bodies, the uranium in nuclear weapons, and the bismuth in Pepto-Bismol — while shooting those materials deep into space.

觀測(cè)圖像顯示出了兩個(gè)中子星的放射性碰撞場(chǎng)景，而這也產(chǎn)生了數(shù)量龐大的鉑、金和銀，以及我們身體中的碘、核武器中的鈾、可以減輕腸胃不適的鉍。中子星合并將這些物質(zhì)四散進(jìn)宇宙深處。

The two neutron stars most likely merged to form a black hole, though the tiny bit of neutron star that escaped — and formed new elements — could get recycled into planets like Earth where aliens may eventually dig up the metals as we have.

兩個(gè)中子星最可能合并成一個(gè)黑洞，但合并中四散出的碎塊會(huì)形成新的元素，循環(huán)進(jìn)入類似地球的星體，也許外星人正像我們一樣挖掘這些金屬礦藏。

什么是“引力波”?

引力波是由黑洞、中子星等碰撞產(chǎn)生的一種時(shí)空漣漪，宛如石頭丟進(jìn)水里產(chǎn)生的波紋。百年前，愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在，但直到2015年人類才首次探測(cè)到引力波，3名美國(guó)科學(xué)家因此獲得今年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

雙中子星并合過(guò)程中的物質(zhì)拋射和噴流形成數(shù)值模擬 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

Gravitational waves were first directly detected two years ago, proving Albert Einstein's theory of general relativity, and recently, three scientists were awarded the Nobel Prize in Physics for their work on that first detection. Those gravitational waves were the result of two black holes colliding, and the signal lasted for only a fraction of a second. Because black holes don't emit light, these waves were invisible and only "heard" as thumps.

引力波于兩年前首次被發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了愛因斯坦的廣義相對(duì)論。最近，三位科學(xué)家因首次探測(cè)到引力波被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們成功探測(cè)到來(lái)自于兩個(gè)黑洞合并的引力波信號(hào)，信號(hào)僅持續(xù)幾毫秒。因?yàn)楹诙床⒉话l(fā)射出光，因此引力波不可見，只能以急速跳動(dòng)的形式被“聽到”。

引力波示意圖 來(lái)源：NASA

此次觀測(cè)為何意義非凡?

這是人類第五次探測(cè)到引力波，然而科學(xué)界的興奮之情甚至不亞于第一次探測(cè)到引力波時(shí)。因?yàn)榕c之前被探測(cè)到的四個(gè)引力波信號(hào)不同，這次探測(cè)到的引力波信號(hào)GW170817來(lái)自1.3億光年外兩顆并合的中子星，而且科學(xué)家第一次同時(shí)觀測(cè)到了引力波及其電磁對(duì)應(yīng)體，以及科學(xué)家預(yù)言的巨新星現(xiàn)象。

激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO) 來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)

1. For the first time, telescopes and gravitational wave observatories together witnessed the same astronomical event.

這是人類歷史上第一次使用電磁波望遠(yuǎn)鏡和引力波天文臺(tái)同時(shí)觀測(cè)到同一個(gè)天體物理事件。

2. This is the first time gravitational waves from the merger of binary neutron stars have been observed.

這是首次觀測(cè)到雙中子星合并產(chǎn)生出引力波。

3. This observation is the first to definitively identify binary neutron star collisions as a source of short gamma-ray bursts. Theorized for many years, this is the first direct link between those phenomena.

這次觀測(cè)首次為中子星合并可產(chǎn)生伽馬射線短暴給予了確鑿證據(jù)。這一理論已有多年歷史，而此次觀測(cè)首次證實(shí)了這兩種現(xiàn)象之間有直接聯(lián)系。

4. This discovery is the first verification of a "kilonova" explosion, confirming binary neutron star collisions as one source for the universe's heaviest elements, such as gold and uranium.

這次發(fā)現(xiàn)首次證實(shí)了“千新星”爆炸，確認(rèn)了雙中子星合并是宇宙中最重的元素的來(lái)源之一，比如金和鈾。

5. This is the first binary neutron star pair confirmed outside of our own Milky Way galaxy, and this is the closest to Earth that astronomers have seen a gamma ray burst.

這是銀河系外首次得以證實(shí)的一對(duì)中子星，也是天文學(xué)家觀測(cè)到伽馬射線暴距離地球最近的一次。

6. The gravitational wave signals from GW170817 have enabled scientists to measure the expansion rate of the universe in a completely new way.

來(lái)自此次GW170817觀測(cè)的引力波使科學(xué)家可以用全新的方式測(cè)量宇宙的膨脹率。

7. The partnership between LIGO and Italy-based Virgo allowed telescopes to rapidly turn their attention towards the area of sky where the neutron stars collided.

激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)和意大利的處女座引力波探測(cè)器(Virgo)讓無(wú)數(shù)望遠(yuǎn)鏡迅速調(diào)轉(zhuǎn)方向，對(duì)準(zhǔn)這一片天空，觀測(cè)兩個(gè)中子星合并。

8. This event presents the strongest evidence to date for the detection of a gamma-ray burst off-axis, which means the cone emission from the explosion is not pointed directly at Earth.

此次觀測(cè)為伽馬射線暴軸偏移提供了有史以來(lái)最強(qiáng)有力的證據(jù)，也就是說(shuō)伽馬射線暴產(chǎn)生的錐狀發(fā)射不是直接對(duì)準(zhǔn)地球的。

9. The gravitational waves and light waves arrived within seconds of each other, suggesting they may travel at the same speed and confirming a prediction of Albert Einstein. The difference in detection time is likely a reflection of what happens during the explosion process.

引力波和光波到達(dá)地球的時(shí)間相差只有幾秒鐘，這意味著兩者傳播速度一樣，證實(shí)了愛因斯坦的猜想。探測(cè)時(shí)間的差異很可能反映出合并過(guò)程中發(fā)生了什么。

10. Only gravitational wave observatories can directly detect unexploded binary neutron stars outside of our local galactic neighborhood, or directly observe the stars pre-collison, albeit only briefly before impact.

只有引力波天文臺(tái)能夠探測(cè)到銀河系外未爆炸的雙中子星，或者直接觀測(cè)合并前的雙中子星，不過(guò)只是在合并或爆炸前很短的時(shí)間內(nèi)。