LIGO發現新的引力波中國慧眼衞星做出重要貢獻

2017-10-16

來源：人民日報客户端吳月輝

北京時間2017年10月16日22點，美國國家科學基金會召開新聞發佈會，宣佈激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座引力波天文台（Virgo）於2017年8月17日首次發現雙中子星併合引力波事件，國際引力波電磁對應體觀測聯盟發現該引力波事件的電磁對應體。記者從中國科學院高能物理所獲悉，我國第一顆空間X射線天文衞星——慧眼HXMT望遠鏡（以下簡稱“慧眼”望遠鏡）對此次引力波事件發生進行了成功監測，為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機制做出了重要貢獻，不僅以合作組形式加入了報告本次歷史性發現的論文（即發現論文），而且在論文的正文部分報告了觀測結果。該論文於10月16日正式發表。

我國第一顆空間X射線天文衞星——慧眼HXMT望遠鏡，於2017年6月15日在酒泉衞星發射中心採用長征四號乙運載火箭發射。

據中科院高能物理研究所熊少林研究員介紹：“‘慧眼’望遠鏡在引力波事件發生時成功監測了引力波源所在的天區，對其伽馬射線電磁對應體（簡稱引力波閃）在高能區（MeV，百萬電子伏特）的輻射性質給出了嚴格的限制，相關探測結果發表在報告此次歷史性發現的研究論文中。”

引力波是1916年愛因斯坦建立廣義相對論後的預言。極端天體物理過程中引力場急劇變化，產生時空擾動並向外傳播，人們形象地稱之為“時空漣漪”。自從2015年9月14日LIGO首先發現雙黑洞併合產生的引力波事件以來，已經探測到4例引力波事件，包括這次宣佈的LIGO和Virgo聯合探測的雙中子星併合引力波事件。

引力波的直接探測剛剛獲得了2017年度諾貝爾物理學獎。探測引力波電磁對應體對研究引力波事件、宇宙學以及基礎物理具有不可替代的決定性作用，因此，人們普遍認為引力波研究的下一個里程碑是發現引力波事件產生的電磁輻射。

中國科學技術大學物理學院教授蔡一夫説：“簡單説，引力波電磁對應體是指來自同一個天體現象伴隨着引力波同時產生的電磁信號。”

熊少林説：“本次發現的引力波事件跟以往發現的雙黑洞併合不同，它由兩顆中子星併合產生。理論預言雙中子星併合不僅能產生引力波，而且能產生電磁波，即引力波電磁對應體，因此本次探測到引力波以及電磁對應體是天文學家期待已久的重大發現，在天文學以及物理學發展史上具有劃時代的意義，正式開啓了多信使引力波天文學時代。”

因為此次引力波事件具有極為重要的意義，天文學家使用了大量的地面和空間望遠鏡進行觀測，形成了一場天文學歷史上極為罕見的全球規模的聯合觀測。然而，引力波事件發生時僅有4台X射線和伽馬射線望遠鏡成功監測到爆發天區，中國的“慧眼”望遠鏡便是其中之一。

“在這些望遠鏡中，‘慧眼’在0.2-5 MeV能區的探測接收面積最大、時間分辨率最好，因此對引力波閃的百萬電子伏特（MeV）能區的伽馬射線輻射的探測能力最強。” 熊少林説，“雖然此前人們普遍預計像本次事件這樣近距離（約1.3億光年）的雙中子星併合產生的引力波閃將極為明亮，但本次引力波事件產生的引力波閃出乎意料的闇弱，特別是在MeV能區的輻射十分微弱，導致沒有望遠鏡（包括慧眼在內）在這個能區探測到引力波閃。慧眼望遠鏡憑藉強大的探測性能，對該引力波閃在MeV能區的輻射性質給出了嚴格的上限。”

據悉，除了參與歷史性的核心發現論文，慧眼望遠鏡的詳細分析結果以獨立論文的形式已於10月16日同步發表在《中國科學：物理學力學天文學》雜誌英文版的網頁版。

值得注意的是，“慧眼”望遠鏡本來的設計目標是探測黑洞和中子星等銀河系內的X射線天體，研究極端引力場條件下的物理規律。項目組通過對慧眼望遠鏡輔助探測器的創新性使用，獲得了額外的探測伽馬暴及引力波電磁對應體的能力，使其成為國際上正在運行的最重要的伽馬射線暴監測設備之一，大大擴展瞭望遠鏡的科學產出。

“慧眼”衞星由國家國防科技工業局和中國科學院聯合資助建造，於2017年6月15日從酒泉衞星發射中心成功發射升空，開始為期5個月的試運行。中科院高能物理研究所（粒子天體物理重點實驗室）負責望遠鏡觀測運行以及數據處理。參與本次引力波事件觀測時，慧眼望遠鏡剛剛試運行2個月。試運行結束後慧眼望遠鏡將開始正式的科學觀測，同時繼續監測研究引力波閃。

此外，在LIGO合作組2016年宣佈探測到引力波之後，發現引力波事件的電磁對應體便成為最重要的天體物理問題之一。在慧眼望遠鏡的技術基礎之上，中國科學院高能物理研究所提出了專門探測引力波閃的引力波高能電磁對應體全天監測器項目（GECAM），並將其命名為“閃電”。

“閃電”採用針對性優化設計，不僅能夠同時監測全天隨機爆發的引力波閃，而且具有更低的探測閾值、更高的監測靈敏度以及更好的定位能力，對引力波閃的綜合探測性能遠超現有望遠鏡。

熊少林説：“目前，在中國科學院前沿科學重點研究計劃的支持下， “閃電”項目的關鍵技術攻關以及方案設計的大部分工作已經完成。如果立即立項，可以在2020年前發射升空，從而趕上與最佳靈敏度的LIGO和Virgo等引力波探測器進行聯合觀測，並與“慧眼”望遠鏡聯合獲得寬能區範圍內引力波閃的性質，實現最大的科學產出，使我國在引力波電磁對應體的探測研究上達到國際領先水平。”