如何看待LIGO在2017年10月16日宣布的引力波最新探测结果?

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摘要

刚刚获得诺贝尔奖的引力波团队又任性了。包括紫金山天文台和美国宇航局在内,全球竟有数十家天文研究机构联合宣布,将在16号的晚上10点宣布一个重大消息,内容暂时保密。紫金山天文台的公告里面,特别指出“我国天文学家将与LIGO/Virgo科学合作组,及全球各主要天文台同步发布重大天文发现”。LIGO就是2016年初宣布探测到第一个引力波信号的团队,领衔的三位

刚刚获得诺贝尔奖的引力波团队又任性了。包括紫金山天文台和美国宇航局在内,全球竟有数十家天文研究机构联合宣布,将在16号的晚上10点宣布一个重大消息,内容暂时保密。紫金山天文台的公告里面,特别指出“我国天文学家将与LIGO/Virgo科学合作组,及全球各主要天文台同步发布重大天文发现”。LIGO就是2016年初宣布探测到第一个引力波信号的团队,领衔的三位科学家和工程师又在10月4日刚刚获得了诺贝尔物理学奖。既然连LIGO的名字都出现了,而且全世界天文机构都知道了,那它显然也就不再是秘密了。

果然有心的天文学家们略加分析,就把这个秘密掀了个底儿掉。比如中国科学院国家天文台博士生刘博洋(好年轻!)在他的微信号“天文八卦学”里在没有引用任何官方资料的情况下就把这事儿里里外外分析了一个遍(到底是内行看门道啊),赢得了许多媒体纷纷转载。刘博洋分析,全世界主要天文台都参与进来了,那么就说明,传统天文台都“看”到了引力波源。天文学界有个好处,很多信息是公开的,尤其是使用大型观测设备需要提前申请。查阅最近世界主要天文台观测动向就发现,大家都去观测了1.3亿光年远处一个叫NGC 4993的星系,并且有人在推特上爆料说,“引力波源,带光学对应体”“初步判断是双中子星合并”。

那么说人话,这是个什么事儿呢?如果说LIGO和Virgo都是专门“听”引力波的装置,而此前发布的4次引力波事件都是黑洞合并造成的,发射引力波,但不发光。(记得吗?轮椅上的霍金老爷爷一直告诉我们,黑洞是黑的,它不发光!)那么这次是两个中子星(一种致密天体,一勺物质重达10亿吨)合并,他们会发光!一发光,大家就都看到了,所以才是几十家天文台联合发布。

你可能说,嗨,这算什么事儿啊,我还当天文学家发现外星人了呢。这新闻不就是炒作嘛,科学家怎么也成了忽悠了?其实仔细想想,我们不能这么说,娱乐新闻能炒作,科学新闻为什么不能炒作?其实新闻就是新闻,传播得更广,能够被更多人看到,那么这条新闻就是成功了。如果阅读量屈指可数,无论你说的是什么,那注定要淹没在信息海洋里。这几年朋友圈里总会出现“科学忠骨无人问,戏子家事天下知”这样的文章,指责媒体和公众关注娱乐明星谁谁谁跟谁谁谁好上了,分手了,却不关注为科学进步作出巨大贡献的科学家们。最近一次对比是鹿晗(不需要我介绍他是谁了)和贵州那个直径500米世界第一的FAST望远镜之父、中国国家天文台研究员南仁东先生(你看我得写多少前缀,你还未必知道)。南仁东先生在为中国科学界这个“世界第一”默默奋斗20多年之后,没有看到FAST第一批成果公布就去世了,而做出如此重大贡献的他今年才刚入选院士候选人,还是年龄最大的一位。在此之前,媒体上几乎找不到他的名字。

出现这样对比,我觉得不能去指责娱乐明星善于炒作,而应该反思科学家为什么不会炒作。在科学界,美国宇航局是出了名的“善于炒作”,最近几年我们就看到好几次生动的案例,比如发现“地球2.0”,“新视野号”拜访冥王星,“卡西尼号”完成探测土星使命等,当然也包括首次探测到引力波的新闻。美国宇航局和天文学家(比如探测引力波的吉普·索恩)甚至会参与到好莱坞科幻大片的制作之中去。每一次“炒作”都带来很好的新闻传播效应,美国宇航局、哈勃太空望远镜,甚至在世界范围内都是科学的象征。这些案例说明公众并非不关注科学新闻,而是科学机构能否按照科学传播规律去包装和发布新闻,争取媒体头条,吸引大众眼球。

当然了,科学的每一步进展,其实都算得上“大新闻”,因为科学进步正是这样每次前进一小步,最终悄悄地改变了我们对世界的看法。每次这样“一小步”的进展,也需要非凡的智慧和勇气。从科学史上回归牛顿、爱因斯坦的贡献,我们也同样可以看到他们是如何一小步一小步前进,最终震惊世人,改变历史的。我们可以生吞活剥登月第一人阿姆斯特朗说过的那句话,“大新闻”虽然是科学的一小步,对历史来说却是一大步。,

我们需要全社会各个方面,甚至主动地去了解肯定新闻,帮助传播“炒作”。让社会公众学会欣赏科学家们每一次的“重大消息”,欣赏这背后的艰苦努力和智慧火花。这样才能够让公众更多地支持科学家的工作,提供全民科学素质,增强创新能力。习大大说科学研究和科学普及是科学的两翼,“炒作”科学新闻,增强科学影响力,吸引更多人来了解科学家的工作,就是很好的科普普及形式啊。

公众更多地理解了科学新闻,也就对科学事业拥有了更多的知情权,不会被伪科学谣言忽悠。公众更多地了解科学,才会有更多的年轻学子选择投身科学事业!科学事业有多么重要!看看牛顿、爱因斯坦、霍金的地位我们就知道了。咱们国家长期以来对科学宣传不够重视,或者说科学家们不善于炒作科学新闻,以至于公众把科学家看作白胡子老爷爷,科学是高冷又不赚钱的事业。比如今年的浙江省高,很多学生放弃物理,许多科学家惊呼,在今天这样一个,依靠科学创新参与国际竞争的时代,长此以往必将削弱我国的竞争力。

当然大众理解起科学新闻来,要比理解娱乐新闻困难得多。正因为如此,美国宇航局这样的科学机构已经琢磨一套方法,在正式公布之前,会把相关信息(通稿)提前透露给媒体,约定限时保密。也就是媒体记者可以开展采写工作,但不能公开,要等到在科学机构正式公布之时再发布新闻解读稿件。这样能够兼顾科学新闻的及时性和专业性。这次“引力波大新闻”亮点之一是中国的紫金山天文台南极天文中心能够跟美国宇航局联合发布,因为我国设在南极点冰穹A(也是我国第三个南极科学考察站)的“南极巡天望远镜”在这次科学观测中发挥了重要作用,这个望远镜是中国自主研发的首台全自动无人值守望远镜,由中国南极天文中心、中国科学技术大学、南京天文与光学技术研究所、南京大学天文与空间科学学院联合开发和维护。

即将发布的这个大新闻,也和中国即将开展的引力波探测计划密切相关。中国天文学家们正在紧张地开展工作,计划在太空实现“空间太极计划”“天琴计划”,在西藏实现“阿里实验计划”,聆听其他来源的引力波。也许未来的“科学大新闻”就是由中国科学家主导发布了。

欢迎这样的“重大消息”越多越好!

晚上10点,准确的结果才能知晓,不过据信,应该是通报LIGO观测到两个中子星的合并。

如果LIGO的最新成果是观测到双中子星合并的话,其科学意义将是巨大的。

用伊利诺伊大学厄巴纳香槟分校(University of Illinois at Urbana)的天体物理学家Stuart Shapiro说的话可以理解LIGO最新成果的意义:如果双子星合并事件被最终确认,这样的探测则标志着天文学的一个新时代即将到来:在这个时代,传统的望远镜都可以看到现象,也可以“听到”在时空结构上的振动。在我们的理解中,这将是一个不可思议的进步。

中子星是宇宙中除黑洞以外,最为奇特的天体,它的性质跟黑洞很像,因此中子星俗称“黑洞的儿子”。中子星是恒星演化到末期,经由引力坍塌发生超新星爆炸之后,其组成物质中的电子并入质子成为中子,最终成为直径只有约十公里,质量却有太阳数倍的致密星体。中子星密度极高,每立方厘米的质量高达数十亿吨。

中子星合并与黑洞合并主要有如下区别:

一、与黑洞相比,由于中子星的质量较小但体积较大,它们发射的引力波信号幅度较小,也就是说,因为双中子星合并所产生的信号强度相对较弱,我们必须要找到比双黑洞距离地球更近的双中子星,才能一窥其真容。要想获得同双黑洞合并相同幅度的信号,合并的双中子星与地球的距离要比双黑洞的距离小近10倍。

二、两个致密中子星的合并应该会有光学(电磁波)对应体产生,这也与两黑洞合并完全不同。人类对于电磁波的探测技术非常成熟,因此本次引力波事件,全球多家天文机构同时观测到了对应的千新星事件与伽马暴事件。电磁波对应体的精确定位,能够让科学家们了解双子星对并合与周围电磁场、星系介质等有更多的认识。值得一提的是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GW 170817开展了有效的观测,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。

今年是中子星发现50周年,本次引力波探测事件的发布可说是锦上添花。从科学层面考量,这一事件的探测暗示着双中子星并合事件的发生几率比此前预计得可能更为乐观。可以预见,对中子星并合事件的引力波探测和其它研究工作还将继续,并在未来获得更多令人可喜的科学成果。

面对宇宙,人类已经是耳聪目明,不再是非聋即瞎!


400多年前伽利略发明的天文望远镜就是人类面对宇宙的“近视镜”,利用各种各样的强大的望远镜,远在天边就成了近在眼前,人类就得以能够欣赏遥远宇宙的各种美丽的天体。但是在探测到引力波之前,人类听不到宇宙的声音,面对宇宙,人类只能是聋子。


引力波是时空的涟漪,如果我们距离引力波源足够近,时空的涟漪就会让我们的耳膜振动起来,我们就能够听到宇宙用引力波发出的美妙声音。但是,由于我们距离引力波源太远了,我们需要借助强大的引力波探测器才能听到宇宙的声音,因此引力波探测器就是人类的“助听器”,自从2016年2月11号美国的激光干涉引力波天文台宣布听到了两个黑洞结合在一起发出的欢快声音,人类从此就不再是聋子了!


然而,尽管已经“听”到了四次黑洞结合发出的欢快声音,天文学家却还没有“看”到黑洞结合的美丽图像。面对发出引力波的天体,人类仍然是瞎子。难道人类只能是非聋即瞎吗?

并不是!因为这一次,不仅仅激光干涉引力波天文台听到了两个中子星结合的欢快的声音,天文望远镜也看到了它们相爱迸发的烟花!耳听为虚,眼见为实!从此,人类终于耳聪目明了!未来引力波天文学的一个极为重要的方向就是所谓的“多信使”天文学,也就是不但要“听到”天体发出的美妙的引力波,我们也要“看到”这些天体的倩影!

双中子星并合过程既能产生引力波,又能产生电磁波(图片来自网络)。

整个天文界都沸腾了,难道仅仅是因为看了一场史无前例的烟花表演饱了眼福?并不是!从此,耳聪目明的天文学家可以详细研究中子星内部的物质到底是什么,真的是一堆中子还是一团夸克物质?用引力波作为“标准烛光”替代超新星,是否会得到一幅不同的宇宙演化图像?爱因斯坦说了引力波的速度是光速,真的是这样吗?一个崭新的天文学、物理学和宇宙学的交叉前沿研究领域在一片惊呼中就这样诞生了!

我感到自豪的是,今年(2017年)6月15号发射运行的慧眼天文卫星也参加了这个创造了天文学历史的全球大联测!我和同事们那天(2017年8月17号)夜里用慧眼卫星对这个事件进行了观测和几乎实时的数据分析,迅速发布了观测结果!(我还因为在办公室打了个盹而小小地感冒了一场!)尽管慧眼卫星没有探测到这个事件的伽马射线暴,但是由于其伽马射线波段的灵敏度最好,对于这次事件的伽马射线辐射给出了最严格的限制,对于理解这样的引力波爆发过程是无可替代的。因为慧眼卫星的贡献,作为中国的一个大型团队,慧眼团队110科学家带着慧眼的结果加入了这个“天文记录”(全球将近一千个单位的三千多个作者)的历史性论文。当然,作为慧眼卫星的首席科学家,我更关心的是,慧眼卫星什么时候能够看到产生引力波的时候绽放出伽马射线烟花?慧眼,加油!

慧眼HXMT卫星的示意图。

发现双中子星并合的历史性论文的截图:中国团队的名单。

发现双中子星并合的历史性论文的截图:中国团队的致谢。

施郁

(复旦大学物理学系教授)

这次引力波和电磁波同时观测到中子星并合,表明引力波和电磁波的探测可以协同进行,这标志着多信使天文学的开始。

之前4次引力波事件都是来自黑洞的并合,而黑洞是不发光的,天文学家没有观测到这些事件带来的电磁波。而这一次,因为是两个中子星的碰撞并合,在VIRGO和LIGO探测到引力波(代号GW170817)1.7秒钟之后,费米和INTEGRAL空间望远镜探测到这个并合事件产生的伽马射线爆(代号GRB170817A)。所以这是人类首次探测到同一天体事件产生的引力波和电磁波。随后,国际上很多天文台从各个波段都进行了观测,发现了金、铂等贵重金属元素的信号。

这个伽马射线爆是个短伽马射线爆,当天协调世界时(UTC)12:41:06到达地球。6分钟后,LIGO数据分析程序自动发现12:41:04到达Hanford探测器的引力波信号。VIRGO没有观测到,说明在它的盲点,这帮助了定位。

这次伽玛射线爆和引力波来源的方位送给70多个天文学家小组。智利的Swope望远镜首先在NGC4993星系附近发现一个新出现的亮斑。这个光学过程命名为SSSS17a。全球各波段的望远镜一起认定,这是一个中子星碰撞并合过程。这样就弄清了短伽马射线爆起源于中子星碰撞。这说明了引力波对中子星研究的作用。据认为,宇宙中大部分金元素就来源于这种碰撞过程。传统认为,重元素起源于恒星内部的核反应和超新星爆发,但是后来发现这还不够,所以认为中子星碰撞也提供了一个渠道。这次并合的产物是中子星还是黑洞,还不清楚。 中子星并合产生的引力波还可以提供宇宙学信息。

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