3、已解之惑与未解之谜

此前，无论是对于中子星本身，还是双中子星合并产生的伽玛暴，我们还有很多的疑难问题有待解答。双中子星合并之后，产生的是转速更快的中子星还是黑洞？有多少物质会在爆发中被抛射出去？喷流的机制和喷流的夹角是怎样的？我们都还不能确定。

此外，到目前为止，科学家对于中子星内部的组成和结构仍不是特别清楚。而当两个中子星互相靠近但未合并之时，两个中子星会被彼此的潮汐力拉扯严重变形，从而最终影响旋近的速度，也会影响产生的引力波波形。所以，科学家们希望，引力波和电磁波的联合观测能够对这些问题提供一部分珍贵的答案。

遗憾的是，受限于目前引力波探测设备的灵敏度，引力波信号曲线并不是很好，所以对于有关内部结构的问题并没有得到解答。但是，对于部分合并之后抛出了多少物质的问题，我们已经初步有了答案。值得骄傲的是，这一答案是由一部参与观测的中国望远镜给出的。（答案后文马上揭晓）

双中子星合并之后是产生了中子星，还是产生了黑洞？现在依然无法确定。因为通过引力波波形的拟合，合并后的质量约为2.74太阳质量。从理论上说，如果一个天体的质量超过3个太阳质量，通常会被认为可以成为黑洞。而中子星的最大允许值并不明确，如果中子星的内部由中子构成，综合考虑状态方程和转速，要想达到2.74个太阳质量不太可能。然而如果内部由其他的奇异物质（比如夸克）构成的话，在一定条件下，这个质量的天体就有一定可能性，此时这一天体应该被称为“夸克星”。不过，目前所有观测都没能给出中子星和黑洞的临界质量，当然也没能给出夸克星存在的证据。从观测的角度而言，我们观测到的最重的中子星大约是2个太阳质量，最小质量的黑洞质量是5个太阳质量；在这两者之间，一片空白，还未发现任何致密天体的质量属于这个范围。所以，对于此次双中子星合并产生的2.74个太阳质量的天体，尽管我们还不能确定它到底是什么，但是这一发现填补了黑洞和中子星之间的空白，为日后更多的天文发现掀起了帷幕的一角。

图7：目前所探测到的黑洞和中子星质量分布图，可以看到两者之间存在一个很大的空白，此次探测是第一个填进此空白区域的天体。

尽管科学家们没有看到中子星内部信息，也不知道最终的合并物是什么，但众多后续电磁观测还是告诉我们了一些之前不太确定的信息，比如甚大望远镜（VLT）的光谱观测确认了重金属（比如我们熟知的金银等元素）的来源，大多数就是在中子星合并的过程当中产生的。

图8：元素起源表。黄色代表了并合中子星所产生的元素，我们常见的金银就是通过此过程产生的。

之前科学家曾在短时标伽玛暴中探测到了3起疑似千新星事例，但只不过是在余辉的光变曲线当中看到了几个数据点而已。因为此次由于距离很近，而且伽玛暴余辉很弱，所以完全确认了千新星的存在。另外，通过对于其光变曲线演化的拟合可以推断，大约有百分之一的物质在合并过程中被抛射出去。

除此之外，电磁信号和引力波信号的结合对于天文学理论本身有何促进意义呢？一方面，科学家可以通过这两个信号到达的时间差，来检验爱因斯坦的弱等效原理，这是爱因斯坦广义相对论和其它引力理论的基石，爱因斯坦的理论再一次通过了检验。

另外，引力波信号和电磁信号相结合，可以对宇宙学的一些最基本参数做出限制，比如用来描述宇宙膨胀快慢的哈勃常数。通过引力波的振幅比对可以推断出系统到我们的光度距离，通过电磁波段的光谱分析，我们便可以知道这一系统的红移；在给定两者的情况之下，我们便能够推算出哈勃常数的数值了：

相较于来自普朗克卫星的数值：

很明显，引力波给出的数值误差很大。但可以预见的是，随着探测精度的提高（除LIGO/VIRGO之外，日本臂长为3公里的KAGRA探测器也开始测试，LIGO-India以及很多的第三代引力波探测器在计划之中）以及探测到的引力波源数目的增多，这个误差很快将得到改进。

此次引力波现象发生在南天的长蛇座，北天的望远镜很难看到，所以中国的大多数望远镜没能进行观测，比如刚刚建成的FAST以及很多光学望远镜（云南丽江的2.4米望远镜和国家天文台兴隆观测站的2.16米光学望远镜等）。

不过幸运的是，中国有两台望远镜参与了此次观测，一个是位于南极Dome A的50厘米的南极光学巡天望远镜（AST3），项目的负责人是紫金山天文台的王力帆研究员。在引力波源信息发布的约一天后，AST3望远镜开展了对于这个目标源的观测。而当时南极的冬天也刚刚过去，目标天体的地平高度较低，受于太阳的限制，每天差不多有2个小时左右的观测时间。此望远镜最终进行了10天的观测，最终得到了目标天体的光变曲线，与巨新星理论预测高度吻合。

另外一个参与观测的是硬X射线调制空间望远镜（又名慧眼）。在观测消息发布时，事件刚好在其观测范围之内，不过很遗憾的是，尽管慧眼是此能段内灵敏度最高的观测设备，但是未能在0.2-5 MeV的能段内探测到任何电磁信号，这很可能与此伽玛暴并非完全正对我们有关。

这是人类历史上第一次同时探测到引力波及其电磁对应体，将成为引力波天文学上另外一个非常重要的里程碑。此次探测为我们解答了一些疑惑，同时也提出了更多问题，与历史上所有天文发现一样，是人类好奇心的胜利与新起点。在多信使引力波天文学时代的帷幕由此拉开之后，我们相信，在人类团结协作的力量之下，更多的宇宙奥秘将被一一揭晓。

图9：（左）南极巡天望远镜AST3; （右）硬X射线调制望远镜。

特别致谢：写稿过程当中，许多老师提供了信息并对部分疑问做了耐心解答，在此特别感谢。

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