你可能已經(jīng)被 LIGO 發(fā)布大事件刷屏了。

在昨天大事件解密之前，我就已經(jīng)拿到了 LIGO/Virgo 引力波天文臺和他們的天文觀測合作者聯(lián)合撰寫的論文，其中詳細列舉了在8月17日引力波事件發(fā)生后，全球數(shù)十臺望遠鏡是如何“瘋狂追捧”引力波源的。

本人將這一過程進行了可視化：

第二段動畫中包含了所有紫外、光學、紅外地基望遠鏡觀測記錄，不包括射電望遠鏡和空間望遠鏡的觀測記錄。氣泡最終大小跟望遠鏡口徑正相關(guān)，顏色與所使用的濾光片波段相關(guān)。

如果你還不太清楚“大事件”是什么，往下看：

第一部分 新聞懶人包

1 到底發(fā)現(xiàn)了啥？

簡單說，一次引力波事件。

而且是跟以前所有幾次引力波事件都不同的一次。

以前幾次，都是雙黑洞并合。并合完，還是黑的，啥也看不著。

這次是雙中子星并合，并合完，火光沖天，宇宙里的文明都看到了。

本文圖片均來自劉博洋個人微信號“天文八卦學”

2 為啥天文學家這么興奮？

同上，因為倆中子星并合完不是黑的，能看到。

所以所有聽說了這事兒的人，只要有自己的望遠鏡，都拼了老命想要去看一下。

而且，基本上大家都看到了。

據(jù)不完全統(tǒng)計，全球一共有70架以上的各種天文望遠鏡參加了觀測，這些觀測覆蓋了整個電磁波段：光學、紅外、紫外、高能、射電。

本文開篇的視頻，展示了全球各地光學望遠鏡跟進觀測的情況。（可以翻回去再看一遍）

南美、夏威夷、澳洲、南非、西班牙……全球所有頂級天文臺都興奮得像瘋了一樣。

從東向西，隨著黑夜降臨在一個個大陸，各個天文臺一波波的開工，接力完成了對這個事件的跟進觀測。

注意南極也有一個小光點！是什么看下文 5。

3 這事對天文學有啥意義？

最大的意義是：引力波和傳統(tǒng)天文學終于成功的并肩作戰(zhàn)。

從今以后，“引力波”領(lǐng)域，終于毫無疑問的成為天文科學的一員。

在此之前，射電天文學的加入，讓光學和射電成為天文學的兩架馬車；空間望遠鏡的加入，讓電磁波的全波段天文時代降臨；宇宙線和中微子的加入，又讓我們看到了“多信使天文學”時代的曙光。

然后，我們看到了引力波。

如今，我們用引力波和電磁波一起看到了一場宏大宇宙煙火的前后全貌。

一個新的時代——多信使天文學全面開張的時代——來了！

4 這事對普通人有啥意義？

人類，終于知道了黃金怎么來的。

（如果你還不知道，往下看）

5 中國這回摻和沒？

摻和了。摻和了不少。

紫金山天文臺的南極巡天望遠鏡，參與了光學波段的后續(xù)觀測。

李正陽 攝

中科院高能物理研究所的“慧眼”X射線望遠鏡（HXMT），參與了X射線波段的后續(xù)觀測。

清華大學等單位的研究人員，通過和LIGO組織合作，參與了引力波信號分析。

但對這次來說，主要是前兩條。

第二部分 稍微細一點

1 這次的引力波長啥樣？

引力波長啥樣，聽聽就知道了。視頻的最后在雙中子星即將發(fā)生并合前，由于相互繞轉(zhuǎn)頻率不斷提高而發(fā)出的所謂“啁啾”聲。請準備好你的重低音耳機！

這“啁啾”聲聽得好刺激！簡直可以聽一天。

如果你還記得去年剛發(fā)現(xiàn)引力波時候的那個chirp，你會發(fā)現(xiàn)體驗完全不一樣——那次的只有不到1秒，而這次在音頻中出現(xiàn)的就有將近1分鐘——實際上，這次LIGO一共探測到了大約100秒！

2 為啥這次探測到這么長的“鳥鳴”？

一方面因為中子星并合本來就需要比較久的旋進階段，另一方面就是，因為近啊！

人們很早就懷疑短伽馬暴起源于雙中子星并合，此前的短伽馬暴通過查找宿主星系的辦法，也有一些能得到距離的，但通常都極遠，往往在幾十億光年開外，而這次，只有1.3億光年！是最近的一次短伽馬暴！

因為特別近，信號就比較強，前面比較弱的部分就能看到比較多，也就探測到了超長的旋進階段。

3 這次怎么找到引力波源位置的？

去年只有LIGO兩個站的時候，我們只能大體把引力波源定位在天空中一個大圈上，而今年隨著歐洲Virgo引力波探測器的加入，引力波源定位的精確度大大提高！

如下圖所示，本次引力波事件，GW170817，被定位在了大約31平方度的非常小的天區(qū)內(nèi)?。ㄏ聢D黃色區(qū)域）

在LIGO&Virgo探測到引力波之后的短短不到兩秒，費米衛(wèi)星也獨立探測到了雙中子星并合產(chǎn)生的伽馬暴。

引力波探測器給出的定位結(jié)果（綠色），和費米衛(wèi)星給出的定位（藍色），非常吻合：

但是其實，31個平方度說小也不小。

下圖是后來發(fā)現(xiàn)了引力波源的星系 NGC 4993 周圍 3 平方度的天區(qū)，藍色橢圓標記出了這里面所有已知的星系。可以發(fā)現(xiàn) NGC 4993 剛好位于一個星系團旁邊，里面星系多得很。而 31 個平方度里，星系自然就更多。

一個一個看過去，什么時候才能找到呢？

雖然有好幾十臺望遠鏡參加觀測，能在一天之內(nèi)就找到，也太快了吧！

——實際上，事情沒有那么復(fù)雜。

LIGO & Virgo 在收到引力波信號后，會根據(jù)信號強度估計一個距離。這一次他們給出的是40±0.8 Mpc（Mpc=百萬秒差距=326萬光年）。我用這個距離范圍在 NGC 4993 周圍 ~300 個平方度里搜，記錄在冊的星系一共也就21個?？紤]到事情發(fā)生的時候出于慎重可能會把距離范圍放寬點，但在31度天區(qū)中真正需要查證的，也還是只有幾十個星系而已。

比找MH370容易多了。

4 這次看到的引力波源——“光學對應(yīng)體”，長啥樣？

下圖是歐洲南方天文臺幾架不同的望遠鏡捕捉到的畫面。雖然畫質(zhì)高下有別，在星系中心左上邊一點，都看到了同一個小亮點——也就是雙中子星并合之后持續(xù)發(fā)光的，被稱作“千新星”的現(xiàn)象。（左上角是2014年拍的對比圖，這張上沒有這次的小亮點。）

特別有意思的是，在持續(xù)十幾天的不間斷跟蹤觀測中，我們發(fā)現(xiàn)這個千新星的顏色會變！

變的越來越紅！

這主要是因為爆炸之后，拋射物的溫度無法維持，在剛爆發(fā)的短期內(nèi)尚且有一些重元素衰變發(fā)光發(fā)熱，但很快顏色就被降溫導致的黑體輻射峰值向紅端移動而主導了。

5 雙中子星并合具體什么樣？

前面已經(jīng)放過并合的一個藝術(shù)家想象動畫，下面再放個科學一點的模擬。

它展示了雙中子星并合最后幾十毫秒發(fā)生了什么。

兩顆中子星在互相繞轉(zhuǎn)的最后階段，都在對方引力作用下發(fā)生了明顯的變形。相接觸的瞬間，整顆星體瓦解，大部分物質(zhì)融合在一起成為了新的中心天體，要么是大質(zhì)量中子星，要么是黑洞。還有不少物質(zhì)在解體中拋向空間。這些富中子物質(zhì)會形成大量富中子的不穩(wěn)定同位素，并通過衰變釋放出大量輻射，這一過程的光度可達一般新星事件的千倍，所以這個現(xiàn)象被命名為“千新星”。

千新星事件雖然不是第一次被看到，但結(jié)合了引力波和電磁波全波段觀測數(shù)據(jù)的這次事件，讓我們可以更透徹的研究“千新星”事件到底是怎么回事。

6 所以黃金到底怎么來的？

上一段說了，中子灑出來之后，會產(chǎn)生很多所謂富中子的不穩(wěn)定同位素，也就是說很多原子核中包含大量中子的元素，這些中子會迅速衰變成質(zhì)子，產(chǎn)生大量原子序數(shù)（即原子核中的質(zhì)子數(shù)）較高的重元素，其中就包括金。

先前人們曾經(jīng)認為重元素主要由超新星爆發(fā)產(chǎn)生，但后來發(fā)現(xiàn)超新星爆發(fā)不是一個足夠有效的機制，于是雙中子星并合被寄予厚望。

7 中子星？夸克星？

我們一直說“雙中子星并合”，但實際上對于中子星是不是“中子”星，在天文學界是有爭議的——一部分理論學家認為，這些致密天體可能是由更基本的粒子夸克組成的，應(yīng)該被叫做“夸克星”。

檢驗這種致密星到底是由“中子”還是“夸克”構(gòu)成，最直接的辦法應(yīng)該是去測量星體的質(zhì)量和半徑。因為夸克星原則上會更致密。但是這些致密星太小，用我們現(xiàn)有的觀測手段很難給出精確的測定。

另一種思路，就是利用雙星并合時的現(xiàn)象——前面說了，“千新星”這種現(xiàn)象只有在富中子的環(huán)境才能發(fā)生。而大量的中子來自于中子星，所以如果我們在雙致密星并合后能看到“千新星”現(xiàn)象，說明這些致密星的本質(zhì)應(yīng)該是中子星，而如果看不到，則更有理由傾向于夸克星的假說。

就這次的觀測證據(jù)來說，“中子”星一派占據(jù)了上風。

8 這次事件還告訴我們什么

還告訴宇宙膨脹有多快。也就是測定了哈勃常數(shù)。

一方面，引力波觀測可以通過接收到引力波的強度，算出源天體的光度距離；另外通過源天體所在的星系紅移的測量，我們知道它的退行速度。結(jié)合起來，就算出了宇宙膨脹有多快。

當然這一次事件給出的測量精度還沒有比我們此前已經(jīng)獲得的結(jié)果更好，不過隨著未來類似觀測的積累，引力波與電磁波的聯(lián)合觀測還是可以給出越來越精確的，對宇宙膨脹速度的獨立估計。

9 仍然未解的迷

我們不知道并合后形成的是中子星還是黑洞。

我們認為中子星的質(zhì)量有個上限，叫做奧本海默極限。超過了這個極限，中子星就會坍縮成黑洞——但在理論上，這個極限究竟是多少，還有爭議。爭議的原因就是上面7中所說的，理論學家對中子星的具體構(gòu)成有不同的見解。而我們通過引力波的觀測知道了系統(tǒng)總質(zhì)量為2.74個太陽質(zhì)量，剛好在“爭議區(qū)”，于是無法判斷這是不是足以形成黑洞。

10 小望遠鏡的威力

在這次全球觀測天文學家的大聯(lián)歡中，小望遠鏡發(fā)揮了功不可沒的重要作用。

率先在星系 NGC 4993 中找到引力波光學對應(yīng)體的，是歐南臺的 Swope 望遠鏡，口徑1.02米。

要知道在專業(yè)天文學界，1米口徑是相當小的光學望遠鏡了。

而更讓人驚訝的是，這次還有很多臺40~60厘米的超輕量級望遠鏡加入戰(zhàn)斗——這對天文愛好者來說可能還算是鎮(zhèn)宅之寶，對專業(yè)天文學來說，有點玩具的意思了。

甚至，盛會中還有一個口徑25厘米的 TAROT 望遠鏡。（下圖右下）

不過這些“玩具”其實近年來越來越多出現(xiàn)在專業(yè)天文學的一個領(lǐng)域：時域天文學。小望遠鏡有很多優(yōu)勢：成本低，方便大規(guī)模采購?fù)斗?；通常視場范圍比較大，結(jié)合數(shù)量優(yōu)勢，可以快速的開展大面積巡天——這正是搜尋引力波光學對應(yīng)體所必備的能力。

系外行星搜尋、超新星搜尋、微引力透鏡搜尋……還有很多有趣的科學領(lǐng)域，是小望遠鏡能夠一展身手的地方。

11 歐南臺的“艦隊”

在看文首視頻的時候，有沒有被智利北部密集的光點嚇到？

歐南臺在新聞中用“艦隊”來形容自己的望遠鏡們——這支艦隊，不只有8米、10米級的“航空母艦”，更有一大堆4-6米級的“巡洋艦”、2-3米級的“護衛(wèi)艦”、1米級以下的“保障船只”，乃至其他波段的“協(xié)同軍種”，共同構(gòu)成了令人望而生畏的歐南臺艦隊。

下圖展示了歐南臺參與本次聯(lián)合觀測的部分“大船”。紫外、可見光、紅外、射電，都有。

說實話，看歐南臺在智利“下餃子”，尤其是看到歐南臺里還放著很多日本、韓國等國家的望遠鏡，真希望中國也能在這樣世界上觀測條件最好的地方有自己的望遠鏡。

幸好這次還有南極巡天望遠鏡和慧眼衛(wèi)星給中國撐場子，不然真的是毫無臉面了。

希望中國天文的盛世，早點來吧！

（作者劉博洋是中國科學院國家天文臺、西澳大學國際射電天文研究中心在讀博士，微信公眾號“天文八卦學”（Astrobaguaology）作者。澎湃新聞特約撰稿，如需轉(zhuǎn)載，務(wù)必注明來源和作者。）