出品：科普中国

制作：黑洞来客 苟利军 黄月

监制：中国科学院计算机网络信息中心

距离3位引力波科学家捧得2017诺贝尔物理学奖刚刚过去十几天，一场声势浩大又神秘兮兮的发布会再度吸引了全世界的目光。在引力波探测已经日常化的今天，是什么大新闻能惹出这么大的动静呢？答案于昨晚揭晓了。

图1：人类首次探测到双中子星合并的引力波以及相对应的电磁信号

图2：中子星合并产生的引力波和之前黑洞产生的引力波信号持续时间比较图，此次双中子星持续了大约100秒，这里只是展示了50多秒。

北京时间10月16日晚10点，一场长达两小时的新闻发布会在华府全国新闻俱乐部（National Press Club）召开，LIGO执行主任大卫·莱兹（David Reitze）宣布，激光干涉引力波天文台（LIGO）和室女座引力波天文台（Virgo）于2017年8月17日首次发现了一种前所未有的新型引力波事件！由两个质量分别为1.15和1.6个太阳质量的双中子星并合所产生，根据探测日期确定编号为GW170817，距离我们1.3亿光年。此外，在全世界众多天文学家及探测设备的协同努力之下，还发现了该引力波事件的电磁对应体。

2016年初，大卫·莱兹曾站在这同一个地方，宣布人类首次探测到了引力波——那时候我们说，多信使天文学新纪元即将开启。在这一次GW170817的探测中，人类首次同时探测到了引力波及其电磁对应体，这可以被视作引力波多信使天文学纪元真正意义上的开端，在天文学发展史上有着划时代的重大意义。另一方面，双中子星合并通常被认为是伽马射线暴的一类产生源，会产生很多不同的观测现象，所以综合引力波、电磁波等多个方式的观测，我们能够对中子星这一充满谜团的天体做出更为详细的了解。

图3：可以看出LIGO引力波信号结束的时间和伽玛暴的开始时间相差了大约2秒钟。

正如我们第一次直接探测到黑洞引力波一样，此次探测到双中子星引力波也完全是一个意外，而且来得有点早。此前，科学家们根据对双中子星的了解和LIGO探测灵敏度的分析比较，估计至少要等到aLIGO进一步升级、达到预期灵敏度之后，LIGO/VIRGO才有可能探测到双中子星合并，差不多至少要等到2019年。人类提前两年成功探测到双中子星合并，算得上是一个美好的惊喜了。如果究其原因，除了探测到的这一系统距离我们比较近之外，多方面联合协作是促成此次成功探测的重要因素。

1、全球协作，锁定目标

GW170817的探测过程振奋人心、值得一表，比国际刑警跨洲追捕逃犯还要精彩。

2017年8月17日，分布在全球各地的天文学家们获得了一个消息，LIGO和Virgo探测器探测到了一个持续时间为100秒左右的新引力波信号，其形式与两个中子星的并合相一致。在该引力波信号到达后大约1.7秒，NASA费米卫星搭载的伽玛暴监测器（GBM）和欧洲INTEGRAL望远镜搭载的SPI-ACS探测器均探测到了一个暗弱的短时标伽马射线暴，并将其命名为GRB170817A。由于二者时间和空间的一致性，被认为与引力波事件成协（“成协”指两种现象是相关的）。

在得知这一消息之后，全世界各地的望远镜就开始了忙碌的观测。在不到11个小时之内，位于智利的Swope超新星巡天（SSS）望远镜首先在星系NGC4993中观测到了明亮的光学源，初步确认为其光学对应体，编号为AT2017gfo/SSS17a。在此之后，其他几个团队分别独立探测到了该光学源，从而加以确认。

在接下来的几个星期之内，天文学家动用了世界上最为先进的一些望远镜，比如钱德拉X射线空间望远镜（Chandra X-ray Telescope），哈勃空间望远镜，位于智利、口径达到8.4米的甚大望远镜（Very Large Telescope），还有亚毫米波段灵敏度最高的阿塔卡马大型毫米波阵ALMA等等，对该区域开展了紧锣密鼓的观测。这些观测对这一灾变性事件提供了从并合前约100秒到并合后数星期的全面描述，最终证实了科学家的很多猜想：NGC4993星系中的两个中子星并合，产生了引力波、短伽玛暴暴和千新星。

图4：（左）欧南台几个不同望远镜看到引力波源对应的光学图像。（右）哈勃望远镜在不同时间观测到的图像。

此次探测堪称全球协作的一次完美体现，不过，就像大卫·莱兹在发布会上所说，NASA费米卫星伽玛暴信号的探测使得此次LIGO探测大放光彩。尽管引力波信号先于伽马射线信号产生，但有趣的是，NASA费米卫星发送的探测信号要早于LIGO团队的信号。原因在于，NASA费米卫星的伽玛暴监视器在探测到伽玛暴信号GRB170817A之后，自动向GCN系统发送了相关警报。然而，LIGO的自动数据分析就耗时约6分钟——科学家们先是在LIGO汉福德观测站几乎同一时刻的数据中，找到了一个引力波事件候选体GW170817，发现此引力波早于GRB170817A两秒发生，LIGO-Virgo快速响应团队随后手动检查了数据，才向其签订合作协议的组织发布了警报。之后，科学家又进一步在欧洲INTEGRAL卫星的观测数据中确认了伽玛暴信号的存在。本来平淡无奇的伽玛暴信号，因为与一个很强的引力波候选体同时存在，一下子引起了整个天文界的观测兴趣，此天区也成为了一个热门的观测对象。

在9月底的第四次引力波发布会上，姗姗来迟的VIRGO已使得LIGO探测器的空间定位范围从1160平方度收缩到100平方度，二者协同合作，将空间位置的精确性大大提升。如果进一步利用贝叶斯统计方法对所有可能参数进行估算，空间定位将进一步缩减至60平方度。这样一来，空间定位就足足提高了将近20倍。在这次的双中子星事件中，三个探测器最终将产生源定位于一个28平方度的范围之内。正因空间定位准确性大大提高，电磁波段所探测到的空间确认才成为了可能。

图5：目前探测到的5次引力波空间定位比较图，黄色是最新的引力波GW170817确定的引力波源所在的区域。

联合观测的另一个重要意义是快速反应。无论是费米观测到的伽玛暴，还是LIGO/VIRGO看到的引力波，持续时间都非常短暂，所以需要其它天文台和观测者立即对于可能区域进行后续的追踪观测，这就需要某个系统即时通知可能的位置信息。

对于伽玛暴而言，在上世纪末BeppoSAX卫星在轨工作期间，网络已经兴起，NASA建立了一个伽玛射线暴协调网络（Gamma-ray Coordinates Network, GCN）的邮件系统；一旦某个卫星探测到伽玛暴信号，将会以最快速度把伽玛暴的位置信息发送到此系统中，凡是订阅了该邮件系统的人都能够即时收到提示，以便开展可能的观测。此次费米观测正是利用此系统，将观测信息以最快的速度通知给了全球的很多组织，随后才有众多望远镜纷纷加入观测。当然，对于LIGO/VIRGO组织而言，为了保证其可能的后续观测，他们与全球近70个观测组织（中国有将近10个组织）签订了备忘录合同，一旦引力波信号被探测到，也会通过其特有的渠道传递相关信息。