LIGO宣布发现新的引力波 中国慧眼卫星做出重要贡献

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LIGO实验室 资料图

　　来源：人民日报客户端 吴月辉

　　北京时间2017年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。记者从中国科学院高能物理所获悉，我国第一颗空间X射线天文卫星――慧眼HXMT望远镜（以下简称“慧眼”望远镜）对此次引力波事件发生进行了成功监测，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，不仅以合作组形式加入了报告本次历史性发现的论文（即发现论文），而且在论文的正文部分报告了观测结果。该论文于10月16日正式发表。

　　我国第一颗空间X射线天文卫星――慧眼HXMT望远镜，于2017年6月15日在酒泉卫星发射中心采用长征四号乙运载火箭发射。


引力波示意图

　　据中科院高能物理研究所熊少林研究员介绍：“‘慧眼’望远镜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（MeV，百万电子伏特）的辐射性质给出了严格的限制，相关探测结果发表在报告此次历史性发现的研究论文中。”

　　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”。自从2015年9月14日LIGO首先发现双黑洞并合产生的引力波事件以来，已经探测到4例引力波事件，包括这次宣布的LIGO和Virgo联合探测的双中子星并合引力波事件。

　　引力波的直接探测刚刚获得了2017年度诺贝尔物理学奖。探测引力波电磁对应体对研究引力波事件、宇宙学以及基础物理具有不可替代的决定性作用，因此，人们普遍认为引力波研究的下一个里程碑是发现引力波事件产生的电磁辐射。

　　中国科学技术大学物理学院教授蔡一夫说：“简单说，引力波电磁对应体是指来自同一个天体现象伴随着引力波同时产生的电磁信号。”

　　熊少林说：“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，因此本次探测到引力波以及电磁对应体是天文学家期待已久的重大发现，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。”

　　因为此次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极为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 MeV能区的探测接收面积最大、时间分辨率最好，因此对引力波闪的百万电子伏特（MeV）能区的伽马射线辐射的探测能力最强。” 熊少林说，“虽然此前人们普遍预计像本次事件这样近距离（约1.3亿光年）的双中子星并合产生的引力波闪将极为明亮，但本次引力波事件产生的引力波闪出乎意料的暗弱，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。慧眼望远镜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。”

　　据悉，除了参与历史性的核心发现论文，慧眼望远镜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”望远镜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。项目组通过对慧眼望远镜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。

　　“慧眼”卫星由国家国防科技工业局和中国科学院联合资助建造，于2017年6月15日从酒泉卫星发射中心成功发射升空，开始为期5个月的试运行。中科院高能物理研究所（粒子天体物理重点实验室）负责望远镜观测运行以及数据处理。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。试运行结束后慧眼望远镜将开始正式的科学观测，同时继续监测研究引力波闪。

　　此外，在LIGO合作组2016年宣布探测到引力波之后，发现引力波事件的电磁对应体便成为最重要的天体物理问题之一。在慧眼望远镜的技术基础之上，中国科学院高能物理研究所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（GECAM），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。

　　熊少林说：“目前，在中国科学院前沿科学重点研究计划的支持下，“闪电”项目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，并与“慧眼”望远镜联合获得宽能区范围内引力波闪的性质，实现最大的科学产出，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。”