當中子星碰撞時！ _美國

據(jù)美國宇航局（宇宙網(wǎng)絡(luò)團隊）：重力一直在興風(fēng)作浪——毫不夸張地說。2017年10月，諾貝爾物理學(xué)獎因兩年前首次直接探測到引力波而獲獎。也是在同一個月，天文學(xué)家宣布了引力波領(lǐng)域的一項巨大進展:他們首次觀測到了來自同一源頭的光和引力波。讓我們看看發(fā)生了什么。

在這幅插圖中，兩顆中子星即將相撞。圖像：美國國家航空航天局戈達德航天中心
在一個星系中有一對繞軌道運行的中子星（稱為NGC 4993）。中子星是大質(zhì)量恒星（質(zhì)量超過太陽8倍的恒星）破碎后的殘余內(nèi)核，這些恒星很久以前作為超新星爆炸。在這個星系中，在我們能看到的所有星系中，有許多這樣的雙星對，但這對特殊的雙星即將發(fā)生一些特殊的事情。

引力波傳播動畫。圖像：R.赫特/加州理工/JPL
每次這些中子星繞軌道運行時，它們都會因引力波而損失一點點引力能。引力波是時空中的擾動——宇宙的基本結(jié)構(gòu)——以光速傳播。任何改變速度或方向的物質(zhì)都會發(fā)出這種波，就像這對軌道運行的中子星。然而，引力波非常微弱，除非中子星離得非常近，并以非常快的速度相互繞轉(zhuǎn) 。

在這幅圖中，注定要毀滅的中子星旋轉(zhuǎn)著走向滅亡。引力波（蒼白的弧線）消耗軌道能量，導(dǎo)致恒星相互靠近并合并。圖像：美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心/概念圖像實驗室
微小的能量損失導(dǎo)致兩顆中子星彼此靠得更近，運行速度更快。幾億年后，所有這些微小的碎片累積起來，中子星非常接近。如此之近，以至于…嘣！…他們相撞了。而我們在2017年8月17日在地球上見證了這一幕。

兩個合并中子星的插圖。蕩漾的時空網(wǎng)格代表了從碰撞中發(fā)出的引力波。窄光束顯示了引力波后幾秒鐘爆發(fā)的伽馬射線。物質(zhì)漩渦云從合并的恒星中噴射出來。圖像：國家科學(xué)基金會/LIGO/A .西蒙尼特（索諾瑪州立大學(xué)）
在那次碰撞中發(fā)生了一些非常酷的事情，我們預(yù)計它們會發(fā)生在所有這樣的中子星碰撞中。就在中子星碰撞之前，引力波足夠強，頻率也恰到好處，美國國家科學(xué)基金會的激光干涉引力波天文臺（LIGO）和歐洲引力天文臺的處女座可以探測到它們。就在碰撞之后，那些波很快就消失了，因為不再有兩個東西相互繞著運行了！
LIGO和處女座是地基探測器，等待引力波通過它們在地球上的設(shè)施。當它處于活動狀態(tài)時，它幾乎可以從太空的任何地方探測到它們。

這張插圖顯示了兩顆中子星合并引起的伽馬射線爆發(fā)的快照。強大的射流（橙色）出現(xiàn)并沖入周圍環(huán)境，產(chǎn)生沖擊波（粉紅色）。剛剛出現(xiàn)在中心的是基洛諾瓦，這是爆炸產(chǎn)生的富含中子的碎片（藍色），由新鍛造的放射性元素衰變產(chǎn)生。圖像：美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心/概念圖像實驗室
發(fā)生的另一件事是我們所說的伽馬射線爆發(fā) 。當它們非常接近時，中子星就會分裂并產(chǎn)生壯觀但短暫的爆炸。有幾秒鐘，我們的費米衛(wèi)星看到了爆炸產(chǎn)生的伽馬射線。費米的伽馬射線爆發(fā)監(jiān)視器是我們觀察天空的一只眼睛，負責尋找科學(xué)家希望在伽馬射線爆發(fā)時立即捕捉到的伽馬射線爆發(fā) 。
這些伽馬射線僅在引力波信號發(fā)出1.7秒后出現(xiàn) 。發(fā)生這一事件的星系距離我們1.3億光年，因此在我們探測到光波和引力波之前，它們已經(jīng)傳播了1.3億年。

2017年8月18日，在探測到引力波和伽馬射線爆發(fā)約15小時后，美國國家航空航天局的尼爾·蓋爾斯·斯威夫特天文臺拍攝了星系NGC 4993（box）中中子星合并產(chǎn)生的基洛諾娃。插圖:銀河系的放大圖。圖像：美國國家航空航天局/斯威夫特
在最初的伽馬射線爆發(fā)后，爆炸產(chǎn)生的碎片繼續(xù)發(fā)光，并隨著向外擴展而褪色。我們的斯威夫特、哈勃、錢德拉和斯皮策望遠鏡，以及一些地面天文臺，準備在紫外線、光學(xué)、X射線和紅外線下觀察爆炸的余暉。幾十年來，我們一直在與我們的國際合作伙伴進行衛(wèi)星之間的協(xié)調(diào)，因此我們可以盡快在盡可能多的波長內(nèi)捕捉到像這樣的事件。

美國國家航空航天局的哈勃太空望遠鏡和錢德拉X射線天文臺觀測到了與GW170817（方框）相關(guān)的基洛諾娃。哈勃探測到了高溫膨脹碎片發(fā)出的可見光和紅外光。九天之后，錢德拉探測到噴向地球的X射線余暉進入了我們的視線。圖像：美國國家航空航天局/CXC/埃·特羅哈
天文學(xué)家認為中子星合并是一種伽馬射線爆發(fā)的原因——一種短暫的伽馬射線爆發(fā)，就像他們在8月17日觀察到的那樣。直到我們能夠?qū)碜孕l(wèi)星的數(shù)據(jù)與來自Virgo處女座的信息結(jié)合起來，我們才能直接證實這一點。

該動畫捕捉了2017年8月17日探測到的名為GW170817的中子星合并后九天內(nèi)觀察到的現(xiàn)象。它們包括引力波（蒼白的弧線）、產(chǎn)生伽馬射線的近光速噴流（洋紅色）、產(chǎn)生紫外線（紫色）、光學(xué)和紅外線（藍白色到紅色）發(fā)射的基洛諾瓦膨脹碎片，以及一旦噴流從地球擴展到我們的視野中，X射線（藍色）。圖像：美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心/概念圖像實驗室
那次事件開啟了天文學(xué)的新篇章。幾個世紀以來，光是我們了解宇宙的唯一途徑。現(xiàn)在，我們?yōu)橹凶有呛秃诙吹难芯看蜷_了一個全新的窗口。這意味著我們可以看到以前無法發(fā)現(xiàn)的東西。

8月17日，來自合并中子星的引力波到達地球。僅僅1.7秒后，美國國家航空航天局的費米望遠鏡就看到了來自同一事件的伽馬射線爆發(fā) 。既然天文學(xué)家可以將我們從同一事件中“看到”的（光）和“聽到”的（引力波）結(jié)合起來，我們理解這些極端宇宙現(xiàn)象的能力就大大增強了。圖像：美國國家航空航天局戈達德航天中心
第一次LIGO探測是對一對合并的黑洞的探測。像這樣的合并在宇宙中可能每月都會發(fā)生一次，但它們不會產(chǎn)生太多的光，因為黑洞周圍幾乎沒有什么東西可以發(fā)光。在這種情況下，引力波是檢測合并的唯一方法。
然而，中子星合并有大量的物質(zhì)發(fā)光。通過將不同種類的光與引力波結(jié)合起來，我們正在了解物質(zhì)在最極端環(huán)境下的行為。我們正在了解更多關(guān)于引力波信息如何與我們已經(jīng)知道的光相吻合的信息——在這個過程中，我們正在解決一些長期存在的謎團！

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當中子星碰撞時！