大新闻! 人类首次发现双中子星碰撞出的引力波，一次甩重达300个地球的黄金; 中国做出重要贡献: 揭示了宇宙超铁元素来源

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大新闻！首个双中子星并合引力波事件被发现

中科院等国内科研机构捕获重要信息

作者：倪思洁 丁佳

图1：AST3-2在8月18日观测窗口期内引力波光学信号（红色方框内）（南极天文中心供图）

图2：第二台南极巡天望远镜AST3-2（南极天文中心供图）

北京时间10月16日22点，美国国家科学基金会召开新闻发布会，宣布激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座引力波天文台（Virgo）于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件，国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。

今年8月17日，LIGO和Virgo共同探测到的引力波事件GW 170817，是人类首次直接探测到由两颗中子星并合产生的引力波事件。随后的几秒之内，美国宇航局Fermi伽马射线卫星和欧洲INTEGRAL卫星都探测到了一个极弱的短时标伽马暴GRB 170817A。全球有几十台天文设备对GW 170817开展了后随观测，确定这次的引力波事件发生在距离地球1.3亿光年之外的编号为NGC 4993的星系中。

“本次发现的引力波事件跟以往发现的双黑洞并合不同，它由两颗中子星并合产生。理论预言双中子星并合不仅能产生引力波，而且能产生电磁波，即引力波电磁对应体。”中科院高能所“百人计划”项目研究员熊少林说，“这是人类第一次同时探测到引力波及其电磁对应体，是引力波天文学的极为重要的里程碑，在天文学以及物理学发展史上具有划时代的意义，正式开启了多信使引力波天文学时代。”

“慧眼”成功监测到爆发天区

我国第一颗空间硬X射线调制望远镜“慧眼”在引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区，对其伽马射线电磁对应体（简称引力波闪）在高能区的辐射性质给出了严格的限制，为全面理解该引力波事件和引力波闪的物理机制做出了重要贡献，相关探测结果发表在报告此次历史性发现的研究论文中。

因为该引力波事件具有极为重要的意义，天文学家使用了大量的地面和空间望远镜进行观测，形成了一场天文学历史上罕见的全球规模的联合观测。然而，引力波事件发生时仅有4台X射线和伽马射线望远镜成功监测到爆发天区，中国的“慧眼”望远镜便是其中之一。

在这些望远镜中，“慧眼”在0.2~5百万电子伏特（MeV）能区的探测接收面积最大、时间分辨率最好，因此对引力波闪（一个编号为GRB170817A的伽马射线暴）的MeV能区的伽马射线辐射的探测能力最强。

“此前人们普遍预计，像本次事件这样近距离的双中子星并合产生的引力波闪将极为明亮，但本次引力波闪却出乎意料的暗弱，特别是在MeV能区的辐射十分微弱，导致没有望远镜（包括‘慧眼’在内）在这个能区探测到引力波闪。”熊少林告诉《中国科学报》记者，“但‘慧眼’凭借强大的探测性能，对该引力波闪在MeV能区的辐射性质给出了严格的上限。”

鉴于“慧眼”观测限制的重要性，中国不仅以合作组形式加入了报告本次历史性发现的论文，在论文的正文部分报告了观测结果。此外，“慧眼”的详细分析结果以独立论文的形式已于10月16日同步发表在《中国科学：物理学力学天文学》杂志英文版的网页版。

值得注意的是，“慧眼”本来的设计目标是探测黑洞和中子星等银河系内的X射线天体，研究极端引力场条件下的物理规律。项目组通过对“慧眼”辅助探测器的创新性使用，获得了额外的探测伽马暴及引力波电磁对应体的能力，使其成为国际上正在运行的最重要的伽马射线暴监测设备之一，大大扩展了望远镜的科学产出。

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科研人员还透露，在“慧眼”望远镜的技术基础之上，中科院高能物理所还提出了专门探测引力波闪的引力波高能电磁对应体全天监测器项目，并将其命名为“闪电”。“闪电”采用针对性优化设计，不仅能够同时监测全天随机爆发的引力波闪，而且具有更低的探测阈值、更高的监测灵敏度以及更好的定位能力，对引力波闪的综合探测性能远超现有望远镜。目前，“闪电”的关键技术攻关以及方案设计的大部分工作已经完成。如果立即立项，可以在2020年前发射升空，从而赶上与最佳灵敏度的LIGO和Virgo等引力波探测器进行联合观测，获得最大的科学产出，使我国在引力波电磁对应体的探测研究上达到国际领先水平。

“慧眼”望远镜由国家国防科技工业局和中科院联合资助建造，于2017年6月15日从酒泉卫星发射中心发射升空，开始为期5个月的试运行。参与本次引力波事件观测时，慧眼望远镜刚刚试运行2个月。试运行结束后“慧眼”，将开始正式科学观测，同时继续监测研究引力波闪。

南极巡天望远镜获得重要数据

与美国国家科学基金会召开新闻发布会的同一时间，中国期刊《科学通报》英文版通过国际合作方爱思唯尔的全球发布平台，同步发布由紫金山天文台联合中外各个合作单位的最新观测结果，相关研究论文于当晚22时上线。

南极天文研究中心主任、中国科学院紫金山天文台研究员王力帆介绍，自北京时间2017年8月18日21:10起，即距离引力波事件发生24小时后，中国南极巡天望远镜AST3合作团队利用正在中国南极昆仑站运行的第2台望远镜AST3-2，对引力波事件GW 170817开展了有效的观测，此次观测持续到8月28日，期间获得了大量的重要数据，并探测到此次引力波事件的光学信号。这些数据揭示了此次双中子星并合抛射出约1%太阳质量（超过3000 个地球质量）的物质，这些物质以0.3倍的光速被抛到星际空间，抛射过程中部分物质核合成，形成比铁还重的元素。因此，这次引力波的发现，证实了双中子星并合事件是宇宙中大部分超重元素（金、银）的起源地。

AST3-2是我国在昆仑站安装的第二台南极巡天望远镜。其有效通光口径50厘米，是南极现有最大的光学望远镜，并且完全实现了极端环境下的无人值守全自动观测。目前，AST3-2主要进行超新星巡天、系外行星搜寻、引力波光学对应体探测等天文研究。

中国南极天文中心是由中科院紫金山天文台、中科院南京天文光学技术研究所、国家海洋局中国极地研究中心、中科院国家天文台发起和共建的研究机构，2006年12月25日在紫金山天文台正式宣告成立，如今已经成为推进我国南极天文学研究和国际合作与交流的平台。

据了解，引力波是1916年爱因斯坦建立广义相对论后的预言。极端天体物理过程中引力场急剧变化，产生时空扰动并向外传播，人们形象地称之为“时空涟漪”。引力波的直接探测刚刚获得了2017年度诺贝尔物理学奖。

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秘密揭晓：中子星合并产生新型引力波，揭示宇宙超铁元素来源

澎湃新闻记者 吴跃伟

来源：澎湃新闻

继助力物理学家首次发现引力波并荣获诺贝尔奖之后，美国激光干涉引力波天文台LIGO及其全球合作伙伴的引力波研究今天又搞了一个大新闻！不过这次的信号并非来自黑洞合并。

北京时间10月16日晚上10点，美国国家科学基金会、欧洲南方天文台、中国中科院紫金山天文台等机构同步召开新闻发布会，介绍其最新发现。

两颗中子星的合并想象图

16日，国际学术期刊《自然》和《自然·天文学》同一天内连续在线发表7篇相关研究论文：太空中一个遥远星系里两颗中子星的合并，带来了各种新发现。

研究人员发现，中子星的合并，是宇宙中部分超铁元素的主要来源，之前它们的起源一直没有被确定。

相关论文称，本次最新公布的引力波信号由距离地球1.3亿光年（4000万光秒差距）远的NGC 4993星系中两颗中子星的合并产生。8月17日，美国激光干涉引力波天文台(LIGO)和欧洲处女座干涉仪(Virgo)探测到了这一引力波信号。

这次中子星的合并事件被命名为GW170817。除了产生引力波和电磁辐射，在合并事件发生两秒后，又发生了一次伽玛射线暴，产生了伽玛射线、X射线、可见光和红外光。

上述辐射特征印证了一个长期以来的预测：双中子星合并时，会喷射出辐射物质。

中子星是一种密度极高的致密星体。被誉为中国天眼的球面射电望远镜FAST日前发现的六颗脉冲星就是中子星。

在另一篇《自然》论文中，研究人员利用GW170817事件，计算了哈勃常数——用于描述宇宙扩张的测量单位，他们计算出的哈勃常数约为70(km/s)/Mpc（Mpc表示百万秒差距），与之前的预估值一致。

美国马里兰大学天文系教授科尔·米勒（Cole Miller）在评论文章中表示，“GW170817为人类提供了一个难得的机会，来推动物理学和天体物理学多个领域的进步。它提升了我们在未来进一步观测中子星合并事件的兴趣。”

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人类首次发现双中子星碰撞出的引力波

来源：新华通讯社

人类首次发现双中子星碰撞出的引力波，中国做出重要贡献

新华社北京10月16日电（记者林小春王珏玢彭茜）全球多国科学家16日同步举行新闻发布会，宣布人类第一次直接探测到来自双中子星合并的引力波，并同时“看到”这一壮观宇宙事件发出的电磁信号。

这张由加州理工学院和牛津大学提供的图片显示的是双中子星GW170817合并的射电波观测图象。新华社发

美国东部时间8月17日8时41分（北京时间20时41分），美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）捕捉到这个引力波信号。此后2秒，美国费米太空望远镜观测到同一来源发出的伽马射线暴。

这是人类历史上第一次使用引力波天文台和电磁波望远镜同时观测到同一个天体物理事件，标志着以多种观测方式为特点的“多信使”天文学进入一个新时代。

“几十年来，我们一直孜孜以求准备探测双中子星合并的引力波，”美国加州理工学院LIGO数据分析小组负责人艾伦·温斯坦教授说，“那天早上，我们所有的梦想成真。”

LIGO项目组在美国华盛顿发布这一重大发现。中国、德国、英国和法国等国科学家也各自举行新闻发布会。相关论文发表在《科学》《自然》等学术期刊上。

引力波是由黑洞、中子星等碰撞产生的一种时空涟漪，宛如石头丢进水里产生的波纹。百年前，爱因斯坦广义相对论预言了引力波的存在，但直到2015年人类才首次探测到引力波，3名美国科学家因此获得今年的诺贝尔物理学奖。

在8月17日的事件中，全球约70个地面及空间望远镜从红外、X射线、紫外和射电波等波段开展观测，确认引力波信号来自距地球约1．3亿光年的长蛇座内NGC4993星系。

美国田纳西大学天体物理学教授迈克尔·吉德里告诉新华社记者，多信使天文学结合使用多种探测手段，是引力波天文学的一个“圣杯”，“这样的探测将在天文学和天体物理的许多领域开启全新的探索途径。”

中国紫金山天文台副研究员金志平参与的国际团队，通过对此次引力波光学信号的观测和光谱分析，首次提供确凿证据证实，中子星合并是宇宙中金银等元素的主要起源。金志平说：“这就是宇宙中的‘巨型黄金制造厂’。”

科普：引力波与宇宙级“盲人摸象”

新华社北京10月16日电（记者黄堃林小春）最新关于双中子星合并产生引力波的发现备受关注。许多科学家评论说，这标志着“多信使天文学”进入一个新时代。那什么是多信使天文学？打个比方，这就是宇宙级的“盲人摸象”。

“我们常说天文学研究是‘盲人摸象’，因为宇宙太大了，要了解它太难了，一种手段往往只能了解一个方面的信息，”中国科学院国家天文台科学传播中心主任郑永春研究员说，“引力波提供了一种与以往观测方式完全不同的手段，使多信使天文学进入一个新时代。”

两颗中子星的并合会产生剧烈的爆炸，这样的事件会把重元素抛洒到太空中。

图片来源：ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

从古人单凭肉眼仰望星辰，到伽利略第一个将天文望远镜对向星空，人类曾经观察宇宙的唯一方式就是光线。但这种观测不仅受到天气条件的约束，所获得的信息也受到可见光载体的限制。

随着科学的发展，人们逐渐认识到在可见光之外，宇宙中还存在X射线、无线电波等看不见的电磁波。通过探测它们，可以触摸到宇宙这只“大象”的另外一些方面。比如黑洞的引力让光线也无法逃脱，人们无法看见黑洞，但是它会释放出很强的X射线，让天文学家得以分析黑洞的若干性质。

“X射线、可见光、无线电波都是电磁波，只是波长不同，所以逐渐发展出‘全波段天文学’，就是用各种波段来研究同一个天文现象，能得到更客观和更深刻的认识，”郑永春说，“还是用‘盲人摸象’打比方，用不同方式摸得多了，宇宙的‘形态’也能慢慢呈现出来。”

引力波的发现，又提供了一种全新的“摸象”方式。引力波是与电磁波本质不同的物理现象，虽然百年前爱因斯坦的广义相对论就预言了引力波的存在，但由于相关信号非常微弱，直到2015年才由美国“激光干涉引力波天文台”（LIGO）第一次探测到由双黑洞合并产生的引力波信号。

科学家想象中的中子星内部结构。

图片来源：Wikipedia | 翻译：易舒序

本次LIGO项目组宣布发现的引力波，来自距地球约1．3亿光年处的双中子星合并。与黑洞合并只产生引力波不同的是，中子星合并除了产生引力波外，还发出了大量的电磁波。对于这次事件，全球约70个地面及空间望远镜从红外、X射线、紫外和射电等波段进行了观测。这是有史以来第一次，人类同时探测到来自同一个天文事件的引力波与电磁波。

这就是让天文学家感到兴奋的“多信使天文学”。引力波和电磁波作为不同的“信使”，可以告诉我们同一个天文事件在不同方面的信息。美国田纳西大学天体物理学教授迈克尔·吉德里说，“多信使天文学”是天文学家长期追求的“圣杯”，将对相关领域的未来产生巨大影响。

从肉眼观星到使用望远镜，从“全波段天文学”到“多信使天文学”，人类认识宇宙的手段在逐渐丰富，这头仍有不少谜团的宇宙“大象”，最终会向人类展示出它的真面目。

刷屏的中子星并合是什么？一次甩重达300个地球的黄金

2017年10月17日 21:30:02
来源：澎湃新闻网

10月16日，在位于南京市的中科院紫金山天文台举行的新闻发布会现场，中科院紫金山天文台工作人员展示2017年8月18日南极巡天望远镜AST3-2观测窗口期观测引力波光学对应体模拟演示图片。新华社图

原标题：刷屏的中子星并合是什么？一次甩出重达300个地球的黄金

北京时间10月16日22时，全球各大天文台一起刷屏。被“重磅预警”吊足了胃口的读者，发现并不是找到了外星人的存在，而是“双中子星并合产生的引力波，及其光学对应体”。中子星是什么？引力波是什么？光学对应体又是什么？最重要的是，这和日常生活有什么关系？

如果一定要说和我们的日常生活最紧密的联系——那就是，科学家们这次证实了，中子星并合，是宇宙中比铁还重的元素的起源，比如我们熟悉的金子。换句话说，中子星并合，是宇宙的大型炼金炉！

宇宙中的金子，从何而来？

长久以来，科学家们都无法确定宇宙中的金、铂、铀等重元素从何而来。

宇宙早期只有氢、氦等氢元素，一颗恒星的命运就从这里开始。在恒星随后的演化过程中，随着核聚变反应，质子数更高的重元素得以生成。然而，宇宙天然的核聚变，最重只能产生到包含26个质子的铁元素。这是因为，铁元素的核子结合能到达了一个顶峰，把其中的质子和中子拆开，需要极高的能量，恒心内部这个“炼金炉”，并不能满足。

科学家们一度认为，恒星寿命末期的超新星爆炸，足够提供这种能量。然而，这个假设逐渐被后续的发现击破。

宇宙需要一个更大、更热的炼金炉。

在过去几年间，天文物理学家们开始形成主流认识：中子星并合是最有说服力的机制。

中子星的密度有多大？一茶匙重达10亿吨

当一个恒星走向寿命尽头，经由引力坍缩发生超新星爆炸，根据质量的不同，内核可能被压缩成白矮星、中子星或黑洞。中子星几乎完全由中子构成，是目前已知的最小、致密的恒星。中子和质子一样，都是组成原子的粒子，但呈电中性，比质子略大。

中子星的半径普遍在10公里左右，质量却可超过两个太阳。一茶匙中子星物质就重达10亿吨。

1933年，人类发现了中子。次年，美国物理学家沃尔特·巴德（Walter Baade）和瑞士弗里茨·兹威基（Fritz Zwicky）提出了中子星的假设。

1967年，24岁的剑桥大学女研究生乔斯林·贝尔（Bell）从射电望远镜中发现了一些有规律的脉冲信号。这类新的天体后来被命名为脉冲星，其实，它们本质上是高速旋转的中子星，在旋转过程中周期性地发射出电磁波。

中国贵州“天眼”射电望远镜近日成功捕获到了脉冲星信号，标志着中国进入脉冲星观测俱乐部。

两颗中子星围绕共同的中心旋转，就构成了一个双中子星系统。它们在旋转过程中会不断释放引力波，导致系统的能量降低，轨道缩小，并最终撞在一起，发生并合。科学家们现在还不确定并合后的形态，很可能是一个黑洞。

并合：电光石火，金银迸溅

超铁元素就诞生在此时。双中子星并合过程中，不断甩出一些中子星碎块——大部分是中子，少数是质子。

在碰撞发生的一秒钟内，这些中子星碎块扩散到数十公里开外，形成一团与太阳密度相当的云。在这个“炼金炉”中，中子和质子们互相俘获，形成大量富含中子的不稳定的同位素。中子会迅速衰变为质子，形成金等重元素。

据估计，中子星的一次碰撞，能够形成足有300个地球那么重的黄金。这些“宇宙焰火”的余烬，被撒入广袤无垠的宇宙，其中一部分在46亿年前与地球凝为一体。它们又被开采锻铸，成为人类手中的金币，项上的首饰……

这次为中子星并合形成重元素提供重要佐证的，就是并合后的光点颜色由蓝变红，与理论模型预测相吻合。

“宇宙焰火”的余晖

这个越来越红的光点，就来自“光学对应体”：Li-Paczynski macronova(巨新星)。

该现象由1998年首次预言的中国天文学家、北京大学教授李立新及其已故的合作者Bodhan Paczynski命名。

2010年，普林斯顿大学的Metzger与合作者发现该现象的亮度能达到新星的1000倍左右，因而也被称为“千新星”。

除了可见光和红外线外，中子星并合时形成的吸积盘会在旋转轴处形成伽马短暴，该信号在引力波到达地球2秒钟之后也被观测到。在其后数周内，这场大并合仍会继续发出其他频段的光，包括X射线、紫外线、可见光、红外线以及射电波等，是“宇宙焰火”漫长的余晖。

回到事件的开头。在这场“炼金”的“宇宙焰火”中，引力波扮演了怎样的角色呢？

原来，前面提到的可见光、红外线、紫外线、X射线、伽玛射线等，都是电磁波，是由光子承载的光学信号。长期以来，这几乎是科学家们用于感知宇宙的唯一一扇窗口。

而引力波是由质量引发的时空扭曲，被人形象地比喻为“时空的涟漪”。当我们想象一件有质量的物体落入水面，就会产生一系列振动传播看来。我们的宇宙也如水面一般，整体平静，暗流汹涌，质量的扰动会触发引力波，散播开来。中子星并合事件，就能产生较为强烈的引力波。

引力波是爱因斯坦广义相对论中的重要推论，然而，因宇宙中传到地球的引力波过于微弱，爱因斯坦本人也想不到探测的方法。这个“时空的涟漪”，最终在2015年由LIGO团队实现。

LIGO过去4次探测到的引力波，均由黑洞触发。黑洞吸收光线，可谓“听到看不着”。这次，LIGO在识别出比黑洞质量小得多的天体——中子星触发的引力波信号后，全球70多架望远镜纷纷指向1.3亿光年外的NGC 4993星系，观看“焰火”。

从此，人类对浩瀚宇宙的感知方式，从单纯的“看”之外，又增添了一种，可相互印证。科学家们称之为，“多信使天文学”时代。

这或许比我们找到金子的起源更为重要。