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兩個(gè)中子星合并的效果圖。新華社發(fā)

光譜信號(hào)變化證實(shí)，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(guó)在昆侖站安裝的南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3-2。(中科院紫金山天文臺(tái)供圖)
　　本月初剛被授予今年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的科研領(lǐng)域引力波，又爆出大新聞！
　　北京時(shí)間10月16日20時(shí)起，美國(guó)LIGO(激光干涉引力波天文臺(tái))組織、中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)、歐洲南方天文臺(tái)等全球幾十家天文機(jī)構(gòu)幾乎同時(shí)召開新聞發(fā)布會(huì)，宣布重大發(fā)現(xiàn)——雙中子星合并。這次，人類不僅探測(cè)到了引力波，還在紅外、可見光、射電等多個(gè)電磁波段獲得了豐富的信息。英國(guó)《自然》和《自然—天文學(xué)》在線發(fā)表了七篇論文，報(bào)告這一天文現(xiàn)象帶來(lái)的各種新發(fā)現(xiàn)。
　　如果說(shuō)，過(guò)去百年的現(xiàn)代天文學(xué)發(fā)展歷程，人類主要通過(guò)電磁波在“看”宇宙，而2015年人類探測(cè)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(shí)“眼”“耳”并用，觀測(cè)一個(gè)天文現(xiàn)象，并且在天文學(xué)上第一次看到一個(gè)天文現(xiàn)象同時(shí)發(fā)出“引力波”和“電磁波”，還清楚知道天體“源”。
　　這次，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)通過(guò)建在南極冰穹A的巡天望遠(yuǎn)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(xiàn)。
　　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(cè)到四次引力波事件，都是黑洞與黑洞合并的天文事件?！巴ǔＵJ(rèn)為黑洞的合并是不發(fā)光的。”中科院紫金山天文臺(tái)研究員韋大明介紹，黑洞周圍的物質(zhì)很少，而電磁波的產(chǎn)生需要物質(zhì)，所以黑洞合并一般不會(huì)產(chǎn)生電磁波，從人類觀測(cè)角度來(lái)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(xué)家沒(méi)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(xué)家就一直期盼著兩顆中子星合并的事件出現(xiàn)。因?yàn)殡p中子星合并時(shí)，會(huì)向外拋射大量物質(zhì)，從最初的伽瑪暴，到接下來(lái)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(lái)，人類已造了眾多采集電磁波信號(hào)的望遠(yuǎn)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(cè)儀Virgo即將結(jié)束觀測(cè)季的前夕，它們又發(fā)現(xiàn)一起引力波事件，而且“有光學(xué)對(duì)應(yīng)體”，并給出了大致方位——NGC4993星系，這是一個(gè)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(guó)費(fèi)米望遠(yuǎn)鏡的伽瑪暴監(jiān)測(cè)器在這個(gè)方位發(fā)現(xiàn)了一個(gè)短時(shí)標(biāo)的伽瑪暴事件，并給出了較精確定位。這將全世界的大望遠(yuǎn)鏡都引向了這個(gè)天區(qū)——根據(jù)理論模型，發(fā)生時(shí)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(guò)2秒的伽瑪暴則是大質(zhì)量恒星的“葬禮煙花”。
　　接下來(lái)十幾天，美國(guó)錢德拉X射線望遠(yuǎn)鏡、哈勃空間望遠(yuǎn)鏡，歐洲南方天文臺(tái)甚大望遠(yuǎn)鏡，位于智利的阿塔卡馬大型毫米/亞毫米波陣列，以及中國(guó)建在南極的南極巡天望遠(yuǎn)鏡，都紛紛進(jìn)行觀測(cè)。于是，才有了全球幾十家天文機(jī)構(gòu)競(jìng)相宣布各自觀測(cè)結(jié)果的盛況。
　　多信使天文學(xué)時(shí)代即將到來(lái)
　　雙中子星合并，為何會(huì)讓天文學(xué)家如此熱血沸騰？　韋大明說(shuō)，因?yàn)樗目茖W(xué)意義實(shí)在太重大了。
　　首先，短時(shí)標(biāo)伽瑪暴起源于雙中子星合并，一直只存在于理論預(yù)測(cè)中，從未成功觀測(cè)到過(guò)。所以，這次其實(shí)進(jìn)行了一次驗(yàn)證，與理論預(yù)測(cè)相當(dāng)符合?！袄碚撨€預(yù)測(cè)了中子星與黑洞的合并，但目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)?！表f大明說(shuō)，這次事件與理論的符合，給了天文學(xué)家更多信心。
　　第二，這也是對(duì)宇宙中超重元素來(lái)源的一次很好探索。“因?yàn)樵谶@次合并事件后，我們看到了千新星的出現(xiàn)?！表f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(guò)核聚變反應(yīng)，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(xué)界的一個(gè)重大疑問(wèn)。天文學(xué)家曾從理論上推測(cè)雙中子星合并可能是產(chǎn)生超重元素的重要場(chǎng)所。
　　1998年，美國(guó)普林斯頓大學(xué)的李立新(現(xiàn)為北京大學(xué)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(huì)拋出大量富含中子的物質(zhì)，它們能通過(guò)快中子俘獲過(guò)程形成超重元素?！坝捎谶@些元素不穩(wěn)定，會(huì)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(shuō)，這次觀測(cè)到的千新星，行為特點(diǎn)與理論預(yù)測(cè)相當(dāng)合拍，“解決這個(gè)科學(xué)問(wèn)題，有了一線曙光。”
　　不過(guò)，更讓天文學(xué)家興奮的是，這意味著人類向多信使天文學(xué)時(shí)代又邁進(jìn)一步。引力波打開了人類觀測(cè)宇宙的新通道，而近幾十年來(lái)，人類認(rèn)識(shí)宇宙的線索越來(lái)越多，同一天文事件可從不同角度獲得研究信息?！胺路鹈と嗣?，我們摸到的部位越來(lái)越多?！表f大明說(shuō)，相信人類對(duì)宇宙的了解會(huì)越來(lái)越深入。
　　南極巡天望遠(yuǎn)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(yuǎn)鏡都無(wú)功而返，包括上海的天馬望遠(yuǎn)鏡。這次中國(guó)天文機(jī)構(gòu)唯一獲得的數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)南極昆侖站天文臺(tái)的南極巡天望遠(yuǎn)鏡。
　　這座于2009年建成的天文臺(tái)，位于南極內(nèi)陸最高點(diǎn)冰穹A，海拔4093米。這里是天空視角最大的地點(diǎn)，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(cè)時(shí)間最長(zhǎng)的站點(diǎn)?！斑@真是一次難得的機(jī)會(huì)，差點(diǎn)就觀測(cè)不到?！敝锌圃鹤辖鹕教煳呐_(tái)一位參與南極觀測(cè)的專家透露，因?yàn)槭录l(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(shí)已經(jīng)超出了南極巡天望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)范圍，科學(xué)家修改了一些軟件設(shè)置，才使觀測(cè)得以成功。目前所獲得的數(shù)據(jù)與國(guó)際同行得到的結(jié)果一致。
　　這次，中國(guó)科學(xué)家身影再次出現(xiàn)在這一重大前沿科學(xué)發(fā)現(xiàn)中，也是我國(guó)長(zhǎng)期對(duì)基礎(chǔ)科研投入的價(jià)值的一次體現(xiàn)。
　?。ㄔd于《文匯報(bào)》 2017-10-17 07版）