期待中的電磁對應體

“這個結果來得太快，本以為要在2020年左右才能觀測到第一例雙中子星并合。”中科院紫金山天文臺研究員吳雪峰在接受科技日報記者采訪時難掩興奮。

與雙黑洞并合不同，雙中子星并合過程不僅向外輻射出引力波，還會在多個波段發出電磁輻射，從而被望遠鏡觀測到。那些在發出引力波同時，又被望遠鏡觀測到的天體被稱為引力波的電磁對應體。

天文學家為何對引力波的電磁對應體如此感興趣?“引力波都是一次性的，無法重復觀測。其電磁對應體則不是這樣。”北京師范大學天文學系副教授高鶴解釋說，“此外引力波信號自身存在一定缺陷，比如信號十分微弱，信號源的定位誤差非常大，僅僅利用引力波探測無法確認信號來自哪里。” 高鶴說，只有實現了引力波與電磁波的聯合探測，才可以證認引力波源的天體物理起源，并對其天體物理性質開展進一步的研究。

在8月17日探測到的并合中，科學家尚不清楚，最終是形成了更大質量的中子星，還是黑洞。但已知的是，新天體約為2.74倍太陽質量，而在這個過程中損失的質量，主要轉化成引力波和電磁波，輻射向宇宙各個方向。

發現金銀等元素誕生地

科學家對這次觀測興奮不已，還因為觀測將雙中子星并合與短伽馬射線暴直接聯系在一起，并首次觀測到巨新星現象，讓科學家能夠深入了解雙中子星并合的物理過程。

所謂伽馬射線暴，是天空中某一個方向伽馬射線輻射突然增亮的現象。根據伽馬射線暴時間長于或短于2秒，可分為長暴與短暴。科學家認為，短伽馬射線暴源自雙中子星并合或中子星與黑洞并合，但一直沒有找到直接觀測證據。

巨新星則是1998年北京大學教授李立新(當時為普林斯頓大學博士生)與普林斯頓大學已故教授Bodhan Paczynski合作提出的構想。“雙中子星并合時向外拋射的物質會通過快中子過程形成金、銀等重元素，并形成光學和近紅外輻射。”李立新說，這些輻射現象比超新星的亮度暗100倍，被稱為巨新星或千新星。

在此次觀測中，科學家捕獲了引力波信號、短伽馬射線暴信號以及光學信號。后續分析證明這些信號互相關聯，均來自雙中子星并合。我國在南極大陸安裝的南極巡天望遠鏡AST3也捕獲了并合的光學信號。

“有多名學者對巨新星理論進行過完善，這次的觀測結果非常吻合完善后的理論構想。”李立新說。

“8月份，南極的冬天剛剛過去，目標天體的地平高度較低，每天有2個小時左右的觀測時間。8月18日起，我們進行了10天的觀測，獲得了目標天體的91幅圖像，并最終得到目標天體的光變曲線，與巨新星理論預測高度吻合。”吳雪峰表示。2013年以來，科學家已經發現多個巨新星候選體，此次是首次直接觀測到巨新星。

“理論上所有雙中子星并合都會形成巨新星。但通常它們比較暗弱，因此能不能看到取決于它們與我們的距離。”李立新說，幸運的是，這兩顆中子星離我們并不遙遠。

檢驗宇宙規律的新信使

引力波與電磁波攜帶著天體不同類型的信息。引力波及其電磁對應體的發現，有助于科學家結合不同信息研究天體的性質，并檢驗宇宙的基本規律。

例如哈勃常數，它是衡量宇宙膨脹速度的重要參數。目前，可通過測量Ia型超新星、重子聲波震蕩、宇宙微波背景等多種方式得到其數值。然而，隨著探測精度的提高，測量值的分歧越來越明顯。例如通過測量臨近Ia型超新星得到的哈勃常數數值，明顯大于普朗克太空衛星通過宇宙微波背景觀測得到的哈勃常數數值。引力波及其電磁對應體的發現，將提供測量哈勃常數的獨立渠道。“可以通過引力波波形得出波源的距離，由電磁波對應體提供紅移信息，根據距離紅移關系測量哈勃常數。”北京師范大學天文系教授朱宗宏說。

在最新的觀測中，LIGO科學合作組織進行了這個嘗試，得出的哈勃常數數值為70公里/(秒·百萬秒差距)。“由于測量過程需要用到引力波的波形信息，目前這一測量并不準確。”朱宗宏說，“未來結合引力透鏡方法，有望將哈勃常數的誤差限制在1%之內，這個精度遠高于光學波段的測量精度。”

(科技日報北京10月16日電)