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　　北京時(shí)間10月16日22點(diǎn)，美國國家科學(xué)基金會(huì)召開新聞發(fā)布會(huì)，宣布激光干涉引力波天文臺(tái)（LIGO）和室女座引力波天文臺(tái)（Virgo）于2017年8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件，國際引力波電磁對(duì)應(yīng)體觀測(cè)聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)了該引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體。

　　極為重要的里程碑事件

　　今年8月17日，LIGO和Virgo共同探測(cè)到的引力波事件GW 170817，是人類首次直接探測(cè)到由兩顆中子星并合產(chǎn)生的引力波事件。隨后幾秒內(nèi)，美國宇航局Fermi伽馬射線衛(wèi)星和歐洲INTEGRAL衛(wèi)星都探測(cè)到了一個(gè)極弱的短時(shí)標(biāo)伽馬暴GRB 170817A。全球有幾十臺(tái)天文設(shè)備對(duì)GW 170817開展了后隨觀測(cè)，確定這次的引力波事件發(fā)生在距離地球1.3億光年之外的編號(hào)為NGC 4993的星系中。

　　“本次發(fā)現(xiàn)的引力波事件跟以往發(fā)現(xiàn)的雙黑洞并合不同，它由兩顆中子星并合產(chǎn)生。理論預(yù)言雙中子星并合不僅能產(chǎn)生引力波，而且能產(chǎn)生電磁波，即引力波電磁對(duì)應(yīng)體?！敝锌圃焊吣芩芯繂T熊少林說，“這是人類第一次同時(shí)探測(cè)到引力波及其電磁對(duì)應(yīng)體，是引力波天文學(xué)極為重要的里程碑，在天文學(xué)以及物理學(xué)發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義，正式開啟了多信使引力波天文學(xué)時(shí)代?！?/p>

　　據(jù)了解，引力波是1916年愛因斯坦建立廣義相對(duì)論后的預(yù)言。引力場(chǎng)在極端天體物理過程中急劇變化，產(chǎn)生時(shí)空擾動(dòng)并向外傳播，人們形象地稱之為“時(shí)空漣漪”。引力波的直接探測(cè)剛獲得2017年度諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　“慧眼”成功監(jiān)測(cè)到爆發(fā)天區(qū)

　　我國第一顆空間硬X射線調(diào)制望遠(yuǎn)鏡“慧眼”在引力波事件發(fā)生時(shí)成功監(jiān)測(cè)了引力波源所在的天區(qū)，對(duì)其伽馬射線電磁對(duì)應(yīng)體（簡稱引力波閃）在高能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的限制，為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機(jī)制作出了重要貢獻(xiàn)，相關(guān)探測(cè)結(jié)果發(fā)表在報(bào)告此次歷史性發(fā)現(xiàn)的研究論文中。

　　因?yàn)樵撘Σㄊ录哂袠O為重要的意義，天文學(xué)家使用了大量的地面和空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè)，形成了一場(chǎng)天文學(xué)歷史上罕見的全球規(guī)模的聯(lián)合觀測(cè)。然而，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)，中國的“慧眼”望遠(yuǎn)鏡便是其中之一。

　　在這些望遠(yuǎn)鏡中，“慧眼”在0.2~5百萬電子伏特（MeV）能區(qū)的探測(cè)接收面積最大、時(shí)間分辨率最好，因此對(duì)引力波閃（一個(gè)編號(hào)為GRB 170817A的伽馬射線暴）MeV能區(qū)的伽馬射線輻射的探測(cè)能力最強(qiáng)。

　　“此前人們普遍預(yù)計(jì)，像本次事件這樣近距離的雙中子星并合產(chǎn)生的引力波閃將極為明亮，但本次引力波閃卻出乎意料的暗弱，特別是在MeV能區(qū)的輻射十分微弱，導(dǎo)致沒有望遠(yuǎn)鏡（包括慧眼在內(nèi)）在這個(gè)能區(qū)探測(cè)到引力波閃?！毙苌倭指嬖V《中國科學(xué)報(bào)》記者，“但‘慧眼’憑借強(qiáng)大的探測(cè)性能，對(duì)該引力波閃在MeV能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的上限?！?/p>

　　鑒于“慧眼”觀測(cè)限制的重要性，中國不僅以合作組形式加入了報(bào)告本次歷史性發(fā)現(xiàn)的論文，在論文的正文部分報(bào)告了觀測(cè)結(jié)果；而且，“慧眼”的詳細(xì)分析結(jié)果還以獨(dú)立論文的形式于10月16日同步發(fā)表在《中國科學(xué)：物理學(xué)力學(xué)天文學(xué)》雜志英文版網(wǎng)頁。

　　值得注意的是，“慧眼”本來的設(shè)計(jì)目標(biāo)是探測(cè)黑洞和中子星等銀河系內(nèi)的X射線天體，研究極端引力場(chǎng)條件下的物理規(guī)律。項(xiàng)目組通過對(duì)“慧眼”輔助探測(cè)器的創(chuàng)新性使用，獲得了額外的探測(cè)伽馬暴及引力波電磁對(duì)應(yīng)體的能力，使其成為國際上正在運(yùn)行的最重要的伽馬射線暴監(jiān)測(cè)設(shè)備之一，大大擴(kuò)展了望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)產(chǎn)出。

　　科研人員透露，在“慧眼”望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)基礎(chǔ)之上，中科院高能物理所還提出了專門探測(cè)引力波閃的引力波高能電磁對(duì)應(yīng)體全天監(jiān)測(cè)器項(xiàng)目，并將其命名為“閃電”。“閃電”采用針對(duì)性優(yōu)化設(shè)計(jì)，不僅能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)全天隨機(jī)爆發(fā)的引力波閃，而且具有更低的探測(cè)閾值、更高的監(jiān)測(cè)靈敏度以及更好的定位能力，對(duì)引力波閃的綜合探測(cè)性能遠(yuǎn)超現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡。

　　目前，“閃電”的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及方案設(shè)計(jì)的大部分工作已經(jīng)完成。如果立即立項(xiàng)，可以在2020年前發(fā)射升空，從而趕上與具有最佳靈敏度的LIGO和Virgo等引力波探測(cè)器進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè)，獲得最大的科學(xué)產(chǎn)出，使我國在引力波電磁對(duì)應(yīng)體的探測(cè)研究上達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

　　“慧眼”望遠(yuǎn)鏡由國家國防科技工業(yè)局和中科院聯(lián)合資助建造，于2017年6月15日從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空，開始為期5個(gè)月的試運(yùn)行。參與本次引力波事件觀測(cè)時(shí)，“慧眼”剛試運(yùn)行兩個(gè)月。試運(yùn)行結(jié)束后，“慧眼”將正式進(jìn)行科學(xué)觀測(cè)，同時(shí)繼續(xù)監(jiān)測(cè)研究引力波閃。

　　南極巡天望遠(yuǎn)鏡獲得重要數(shù)據(jù)

　　與美國國家科學(xué)基金會(huì)召開新聞發(fā)布會(huì)的同一時(shí)間，中國期刊《科學(xué)通報(bào)》英文版通過國際合作方愛思唯爾的全球發(fā)布平臺(tái)，同步發(fā)布由中科院紫金山天文臺(tái)聯(lián)合中外各個(gè)合作單位做出的最新觀測(cè)結(jié)果，相關(guān)研究論文于16日晚10時(shí)上線。

　　南極天文研究中心主任、中科院紫金山天文臺(tái)研究員王力帆介紹，自北京時(shí)間2017年8月18日21:10起，即距離引力波事件發(fā)生24小時(shí)后，中國南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3合作團(tuán)隊(duì)利用正在中國南極昆侖站運(yùn)行的第二臺(tái)望遠(yuǎn)鏡AST3-2，對(duì)引力波事件GW 170817開展了有效的觀測(cè)，此次觀測(cè)持續(xù)到8月28日，其間獲得了大量重要數(shù)據(jù)，并探測(cè)到此次引力波事件的光學(xué)信號(hào)。這些數(shù)據(jù)揭示了此次雙中子星并合拋射出約1%太陽質(zhì)量（超過3000 個(gè)地球質(zhì)量）的物質(zhì)，這些物質(zhì)以0.3倍的光速被拋到星際空間，拋射過程中部分物質(zhì)核合成，形成比鐵還重的元素。因此，這次引力波的發(fā)現(xiàn)，證實(shí)了雙中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素（金、銀）的起源。

　　AST3-2是我國在昆侖站安裝的第二臺(tái)南極巡天望遠(yuǎn)鏡。其有效通光口徑50厘米，是南極現(xiàn)有最大的光學(xué)望遠(yuǎn)鏡，完全實(shí)現(xiàn)了極端環(huán)境下的無人值守全自動(dòng)觀測(cè)。目前，AST3-2主要進(jìn)行超新星巡天、系外行星搜尋、引力波光學(xué)對(duì)應(yīng)體探測(cè)等天文研究。

　　中國南極天文中心是由中科院紫金山天文臺(tái)、中科院南京天文光學(xué)技術(shù)研究所、國家海洋局中國極地研究中心、中科院國家天文臺(tái)發(fā)起和共建的研究機(jī)構(gòu)，2006年12月25日在紫金山天文臺(tái)正式宣告成立，如今已成為推進(jìn)我國南極天文學(xué)研究和國際合作與交流的平臺(tái)。

圖1：“慧眼”望遠(yuǎn)鏡示意圖

圖2：雙中子星并合過程既能產(chǎn)生引力波，又能產(chǎn)生電磁波（圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

圖3：第二臺(tái)南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3-2

圖4：AST3-2在8月18日觀測(cè)窗口期內(nèi)引力波光學(xué)信號(hào)（紅色方框內(nèi)）