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兩個中子星合并的效果圖。新華社發(fā)

光譜信號變化證實，中子星合并是宇宙中金、鉑等超鐵元素的主要起源。新華社發(fā)

我國在昆侖站安裝的南極巡天望遠鏡AST3-2。(中科院紫金山天文臺供圖)

　　本月初剛被授予今年諾貝爾物理學獎的科研領域引力波，又爆出大新聞！

　　北京時間10月16日20時起，美國LIGO(激光干涉引力波天文臺)組織、中國科學院紫金山天文臺、歐洲南方天文臺等全球幾十家天文機構幾乎同時召開新聞發(fā)布會，宣布重大發(fā)現(xiàn)——雙中子星合并。這次，人類不僅探測到了引力波，還在紅外、可見光、射電等多個電磁波段獲得了豐富的信息。英國《自然》和《自然—天文學》在線發(fā)表了七篇論文，報告這一天文現(xiàn)象帶來的各種新發(fā)現(xiàn)。

　　如果說，過去百年的現(xiàn)代天文學發(fā)展歷程，人類主要通過電磁波在“看”宇宙，而2015年人類探測到引力波，是第一次“聽”到了宇宙的聲音，那么這次就是人類首次同時“眼”“耳”并用，觀測一個天文現(xiàn)象，并且在天文學上第一次看到一個天文現(xiàn)象同時發(fā)出“引力波”和“電磁波”，還清楚知道天體“源”。

　　這次，中國科學院紫金山天文臺通過建在南極冰穹A的巡天望遠鏡，獲得了紅色可見光和近紅外的數(shù)據(jù)信息，為這次在線發(fā)表的七篇論文中的兩篇作出了貢獻。

　　期盼中的雙中子星合并現(xiàn)身

　　自2015年9月14日起，人類共探測到四次引力波事件，都是黑洞與黑洞合并的天文事件?！巴ǔＵJ為黑洞的合并是不發(fā)光的?！敝锌圃鹤辖鹕教煳呐_研究員韋大明介紹，黑洞周圍的物質很少，而電磁波的產(chǎn)生需要物質，所以黑洞合并一般不會產(chǎn)生電磁波，從人類觀測角度來看，也就是“不發(fā)光”。這意味著，黑洞與黑洞合并，除了引力波，天文學家沒有其他手段可以獲得更多信息。

　　所以，自打發(fā)現(xiàn)引力波，科學家就一直期盼著兩顆中子星合并的事件出現(xiàn)。因為雙中子星合并時，會向外拋射大量物質，從最初的伽瑪暴，到接下來綿延約十天的余輝輻射，它輻射出的電磁波，幾乎可覆蓋所有波段。而地球上，近百年來，人類已造了眾多采集電磁波信號的望遠鏡，可收集到豐富的信息。

　　果然，就在LIGO和意大利的引力波觀測儀Virgo即將結束觀測季的前夕，它們又發(fā)現(xiàn)一起引力波事件，而且“有光學對應體”，并給出了大致方位——NGC4993星系，這是一個位于水蛇座的星系，距地球約1.3億光年。

　　這是否就是期盼已久的雙中子星合并？8月17日，美國費米望遠鏡的伽瑪暴監(jiān)測器在這個方位發(fā)現(xiàn)了一個短時標的伽瑪暴事件，并給出了較精確定位。這將全世界的大望遠鏡都引向了這個天區(qū)——根據(jù)理論模型，發(fā)生時間短于2秒的伽瑪暴，起源于雙中子星或中子星與黑洞的合并。超過2秒的伽瑪暴則是大質量恒星的“葬禮煙花”。

　　接下來十幾天，美國錢德拉X射線望遠鏡、哈勃空間望遠鏡，歐洲南方天文臺甚大望遠鏡，位于智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列，以及中國建在南極的南極巡天望遠鏡，都紛紛進行觀測。于是，才有了全球幾十家天文機構競相宣布各自觀測結果的盛況。

　　多信使天文學時代即將到來

　　雙中子星合并，為何會讓天文學家如此熱血沸騰？　韋大明說，因為它的科學意義實在太重大了。

　　首先，短時標伽瑪暴起源于雙中子星合并，一直只存在于理論預測中，從未成功觀測到過。所以，這次其實進行了一次驗證，與理論預測相當符合?！袄碚撨€預測了中子星與黑洞的合并，但目前還沒有發(fā)現(xiàn)?！表f大明說，這次事件與理論的符合，給了天文學家更多信心。

　　第二，這也是對宇宙中超重元素來源的一次很好探索?！耙驗樵谶@次合并事件后，我們看到了千新星的出現(xiàn)。”韋大明解釋，在宇宙中，氫、氦等輕元素產(chǎn)生于宇宙大爆炸，但在恒星中，通過核聚變反應，最多只能得到鐵元素。原子量更大的超重元素，比如金、銀等，究竟如何產(chǎn)生？這是目前科學界的一個重大疑問。天文學家曾從理論上推測雙中子星合并可能是產(chǎn)生超重元素的重要場所。

　　1998年，美國普林斯頓大學的李立新(現(xiàn)為北京大學教授)與玻丹·帕琴斯基教授提出了雙中子星合并能產(chǎn)生千新星的理論模型——兩顆中子星合并，會拋出大量富含中子的物質，它們能通過快中子俘獲過程形成超重元素?！坝捎谶@些元素不穩(wěn)定，會不斷衰變而加熱拋射物，使其產(chǎn)生可見光、紅外波段的電磁輻射?！彼f，這次觀測到的千新星，行為特點與理論預測相當合拍，“解決這個科學問題，有了一線曙光。”

　　不過，更讓天文學家興奮的是，這意味著人類向多信使天文學時代又邁進一步。引力波打開了人類觀測宇宙的新通道，而近幾十年來，人類認識宇宙的線索越來越多，同一天文事件可從不同角度獲得研究信息。“仿佛盲人摸象，我們摸到的部位越來越多?！表f大明說，相信人類對宇宙的了解會越來越深入。

　　南極巡天望遠鏡建立功勛

　　由于這次合并事件發(fā)生在南天區(qū)，所以北半球的很多望遠鏡都無功而返，包括上海的天馬望遠鏡。這次中國天文機構唯一獲得的數(shù)據(jù)來自中國南極昆侖站天文臺的南極巡天望遠鏡。

　　這座于2009年建成的天文臺，位于南極內(nèi)陸最高點冰穹A，海拔4093米。這里是天空視角最大的地點，全年有連續(xù)135天的全黑夜，也是目前地球上能夠連續(xù)觀測時間最長的站點?！斑@真是一次難得的機會，差點就觀測不到。”中科院紫金山天文臺一位參與南極觀測的專家透露，因為事件發(fā)生在8月中旬，已臨近南極極夜的尾聲。

　　而且，這次合并事件所處的天區(qū)，其實已經(jīng)超出了南極巡天望遠鏡的觀測范圍，科學家修改了一些軟件設置，才使觀測得以成功。目前所獲得的數(shù)據(jù)與國際同行得到的結果一致。

　　這次，中國科學家身影再次出現(xiàn)在這一重大前沿科學發(fā)現(xiàn)中，也是我國長期對基礎科研投入的價值的一次體現(xiàn)。

　?。ㄔd于《文匯報》 2017-10-17 07版）