新引力波發(fā)現(xiàn) 中國衛(wèi)星慧眼進(jìn)行成功檢測

 LIGO宣布發(fā)現(xiàn)新的引力波，這次，中國衛(wèi)星“慧眼”起了巨大作用，成功檢測到了其所在區(qū)域。北京時間2017年10月16日22點，美國國家科學(xué)基金會召開新聞發(fā)布會，宣布激光干涉引力波天文臺（LIGO）和室女座引力波天文臺（Virgo）于2017年8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件，國際引力波電磁對應(yīng)體觀測聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)該引力波事件的電磁對應(yīng)體。

記者從中國科學(xué)院高能物理所獲悉，我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——慧眼HXMT望遠(yuǎn)鏡（以下簡稱“慧眼”望遠(yuǎn)鏡）對此次引力波事件發(fā)生進(jìn)行了成功監(jiān)測，為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機(jī)制做出了重要貢獻(xiàn)，不僅以合作組形式加入了報告本次歷史性發(fā)現(xiàn)的論文（即發(fā)現(xiàn)論文），而且在論文的正文部分報告了觀測結(jié)果。該論文于10月16日正式發(fā)表。

我國第一顆空間X射線天文衛(wèi)星——慧眼HXMT望遠(yuǎn)鏡，于2017年6月15日在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征四號乙運(yùn)載火箭發(fā)射。

據(jù)中科院高能物理研究所熊少林研究員介紹：“‘慧眼’望遠(yuǎn)鏡在引力波事件發(fā)生時成功監(jiān)測了引力波源所在的天區(qū)，對其伽馬射線電磁對應(yīng)體（簡稱引力波閃）在高能區(qū)（MeV，百萬電子伏特）的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的限制，相關(guān)探測結(jié)果發(fā)表在報告此次歷史性發(fā)現(xiàn)的研究論文中。”

引力波是1916年愛因斯坦建立廣義相對論后的預(yù)言。極端天體物理過程中引力場急劇變化，產(chǎn)生時空擾動并向外傳播，人們形象地稱之為“時空漣漪”。自從2015年9月14日LIGO首先發(fā)現(xiàn)雙黑洞并合產(chǎn)生的引力波事件以來，已經(jīng)探測到4例引力波事件，包括這次宣布的LIGO和Virgo聯(lián)合探測的雙中子星并合引力波事件。

引力波的直接探測剛剛獲得了2017年度諾貝爾物理學(xué)獎。探測引力波電磁對應(yīng)體對研究引力波事件、宇宙學(xué)以及基礎(chǔ)物理具有不可替代的決定性作用，因此，人們普遍認(rèn)為引力波研究的下一個里程碑是發(fā)現(xiàn)引力波事件產(chǎn)生的電磁輻射。

慧眼HXMT望遠(yuǎn)鏡衛(wèi)星

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院教授蔡一夫說：“簡單說，引力波電磁對應(yīng)體是指來自同一個天體現(xiàn)象伴隨著引力波同時產(chǎn)生的電磁信號。”

熊少林說：“本次發(fā)現(xiàn)的引力波事件跟以往發(fā)現(xiàn)的雙黑洞并合不同，它由兩顆中子星并合產(chǎn)生。理論預(yù)言雙中子星并合不僅能產(chǎn)生引力波，而且能產(chǎn)生電磁波，即引力波電磁對應(yīng)體，因此本次探測到引力波以及電磁對應(yīng)體是天文學(xué)家期待已久的重大發(fā)現(xiàn)，在天文學(xué)以及物理學(xué)發(fā)展史上具有劃時代的意義，正式開啟了多信使引力波天文學(xué)時代。”

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

“在這些望遠(yuǎn)鏡中，‘慧眼’在0.2-5 MeV能區(qū)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(qū)的伽馬射線輻射的探測能力最強(qiáng)。” 熊少林說，“雖然此前人們普遍預(yù)計像本次事件這樣近距離（約1.3億光年）的雙中子星并合產(chǎn)生的引力波閃將極為明亮，但本次引力波事件產(chǎn)生的引力波閃出乎意料的暗弱，特別是在MeV能區(qū)的輻射十分微弱，導(dǎo)致沒有望遠(yuǎn)鏡（包括慧眼在內(nèi)）在這個能區(qū)探測到引力波閃?；垩弁h(yuǎn)鏡憑借強(qiáng)大的探測性能，對該引力波閃在MeV能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的上限。”

據(jù)悉，除了參與歷史性的核心發(fā)現(xiàn)論文，慧眼望遠(yuǎn)鏡的詳細(xì)分析結(jié)果以獨立論文的形式已于10月16日同步發(fā)表在《中國科學(xué)：物理學(xué)力學(xué)天文學(xué)》雜志英文版的網(wǎng)頁版。

值得注意的是，“慧眼”望遠(yuǎn)鏡本來的設(shè)計目標(biāo)是探測黑洞和中子星等銀河系內(nèi)的X射線天體，研究極端引力場條件下的物理規(guī)律。項目組通過對慧眼望遠(yuǎn)鏡輔助探測器的創(chuàng)新性使用，獲得了額外的探測伽馬暴及引力波電磁對應(yīng)體的能力，使其成為國際上正在運(yùn)行的最重要的伽馬射線暴監(jiān)測設(shè)備之一，大大擴(kuò)展了望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)產(chǎn)出。

“慧眼”衛(wèi)星由國家國防科技工業(yè)局和中國科學(xué)院聯(lián)合資助建造，于2017年6月15日從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射升空，開始為期5個月的試運(yùn)行。中科院高能物理研究所（粒子天體物理重點實驗室）負(fù)責(zé)望遠(yuǎn)鏡觀測運(yùn)行以及數(shù)據(jù)處理。參與本次引力波事件觀測時，慧眼望遠(yuǎn)鏡剛剛試運(yùn)行2個月。試運(yùn)行結(jié)束后慧眼望遠(yuǎn)鏡將開始正式的科學(xué)觀測，同時繼續(xù)監(jiān)測研究引力波閃。

此外，在LIGO合作組2016年宣布探測到引力波之后，發(fā)現(xiàn)引力波事件的電磁對應(yīng)體便成為最重要的天體物理問題之一。在慧眼望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)基礎(chǔ)之上，中國科學(xué)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(yīng)體全天監(jiān)測器項目（GECAM），并將其命名為“閃電”。

“閃電”采用針對性優(yōu)化設(shè)計，不僅能夠同時監(jiān)測全天隨機(jī)爆發(fā)的引力波閃，而且具有更低的探測閾值、更高的監(jiān)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(yuǎn)超現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡。

熊少林說：“目前，在中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究計劃的支持下， “閃電”項目的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及方案設(shè)計的大部分工作已經(jīng)完成。如果立即立項，可以在2020年前發(fā)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(jìn)行聯(lián)合觀測，并與“慧眼”望遠(yuǎn)鏡聯(lián)合獲得寬能區(qū)范圍內(nèi)引力波閃的性質(zhì)，實現(xiàn)最大的科學(xué)產(chǎn)出，使我國在引力波電磁對應(yīng)體的探測研究上達(dá)到國際領(lǐng)先水平。”