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天文资讯· 多信使天文

双中子星并合被同时"看"到和"听"到

LIGO 与 Virgo 探测到双中子星并合产生的引力波,全球约七十台望远镜找到对应的电磁辐射——多信使天文学由此开始。

资料来源LIGO / Virgo 合作组 · 2017 年 10 月 16 日联合发布会,事件编号 GW170817
两颗中子星螺旋并合,喷流与引力波涟漪向外扩散
示意图:双中子星螺旋靠近、并合,以及并合后抛出的物质与喷流。引力波本身没有"图像",LIGO 与 Virgo 记录到的是时空应变的波形。示意图,非实拍。

2017 年 8 月 17 日,LIGO 的两台探测器与 Virgo 探测到一段持续约一百秒的引力波信号,频率与幅度特征指向两颗中子星的并合。10 月 16 日,合作组正式公布结果。

与前四次黑洞并合不同,这次信号来自有电磁对应体的源。约 1.7 秒后,费米卫星记录到一个短伽马射线暴;随后全球约七十台望远镜在光学、射电、X 射线各波段找到了同一个源,位于星系 NGC 4993。

为什么这件事改变了天文学

引力波与电磁波携带的信息互补,而这一次两者的观测对象是同一个事件。

  • 引力波给出了质量:两颗中子星质量约在 1.1 至 1.6 倍太阳质量之间。
  • 电磁波给出了位置、速度与产物:光学光谱中出现了重元素合成的特征,为重元素(包括金、铂)由中子星并合产生的假说提供了直接观测证据。
  • 两者结合给出了哈勃常数的独立测量,虽然当时精度有限,但方法本身是新的。

一个常被引用的说法是"这次并合造出了相当于数十个地球质量的黄金"。这个量级来自模型估算,不是直接称重——它依赖并合产物中抛射物质量与r过程元素产率的假设,属于有模型支持但未直接测定的说法。

之后发生了什么

GW170817 之后,引力波天文学从"黑洞并合的统计样本"扩展到了"可与电磁观测对照的单个事件"。此后的中子星并合事件、以及黑洞—中子星并合的候选,都建立在这条路径上。

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