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1 # LLM55
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2 # 航小北的日常科普
↑物體運動時對空間的攪動↑
應力波在被證實之後,十分迅速地獲得了2017年的的諾貝爾物理學,可以說掀起了人們對應力波的關注,而最新的科研成果,也就是這條新聞:
臺北時間2017年10月16日22點,美國國家科學基金會召開新聞釋出會,宣佈鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)和室女座引力波天文臺(Virgo)於2017年8月17日首次發現雙中子星併合引力波事件,國際引力波電磁對應體觀測聯盟發現該引力波事件的電磁對應體。這個跟之前獲得諾貝爾獎的黑洞碰撞產生的引力波有什麼區別呢?長話短說,黑洞是“黑的”,基本上除了引力波我們沒有辦法觀察到它,所以就好像是黑暗中有個穿黑衣服的黑人在跳舞,所有人中只有一個帶了夜視儀的人可以看到這個人在跳舞,其他人還是一臉懵逼,有人稱之為“盲人摸象”,甚至於有膽大無畏的人直接說:LIGO發現應力波是是典型的“畫鬼找鬼”的科學騙局(黃秀清語)。
但是這次的引力波就不一樣了,這是由中子星合併產生的,除了發出引力波之外,還會發出可見光、紅外光、紫外光、X射線、伽馬射線,所以這次不是一個穿黑衣服的黑人在黑暗裡跳舞了,而是一個人在黑夜裡爆炸,但凡是個人,都能看到這個現象。
所以這次應力波的觀測基本上是全世界的天文臺和天文相關的衛星都在觀測,但是能夠測到引力波的還是隻有LIGO,其他的都是測可見光、紅外、X射線還有伽馬射線。這樣做的結果就是,LIGO把它觀測到的資料拿出來,跟其他天文臺和天文衛星測到的資料一對比,發現沒錯,就是這樣,證明了這種觀測手段的真實性和有效性,基本上可以說是讓應力波板上釘釘了。
而且也意味著,引力波作為一種新的觀測手段可以作為人類研究宇宙空間的有力工具了。所以天文學,從最開始只有光學觀測,到加入射電望遠鏡、空間望遠鏡,一步一步,人類研究宇宙的方式越來越多樣化。天文學在經過這麼多年的發展之後終於有了這樣一句話來總結:
天文學者還可兼用電磁輻射、中微子、引力波來做天文觀察,就好像同時使用視覺、聽覺、味覺來探測一個天文事件,這門學術領域被稱為多信使天文學。可以說是又是一大跨越。
而這跟中國衛星慧眼號有什麼關係呢?中子星合併,其實產生的最強烈的是伽馬射線,所以探測到伽馬射線的訊號,對於確定應力波產生的位置和機理,都是一則有力的證據。而這就是這顆中國衛星,慧眼號,做出的貢獻:
中國的第一顆空間X射線天文衛星——“慧眼”望遠鏡在這次引力波事件發生時成功監測了引力波源所在的天區,為全面理解該引力波事件和電磁對應體的物理機制做出了重要貢獻。而且這次觀測還有一個小插曲,就是本來科學家預計這次事件的雙中子星併合產生的引力波閃將極為明亮,但實際上卻十分闇弱,所以慧眼號強大的分辨能力,一下子就讓它從眾多的觀測儀器中脫穎而出,得到了有力的資料。
用中科院高能所粒子天體物理重點實驗室熊少林的話說:
其中“慧眼”在這四臺望遠鏡裡面,它的有效面積和它的時間解析度是最高的。所以,“慧眼”的觀測資料是非常重要的,也是無可替代的。↑慧眼號衛星↑
簡單介紹一下這顆衛星(來自維基百科)。
硬X射線調製望遠鏡(英語:Hard X-ray Modulation Telescope,簡稱HXMT),又名慧眼,是中國研製的第一個X射線天文衛星,於2017年6月15日11時在酒泉衛星發射中心由長征四號乙運載火箭成功發射至預定軌道。探測器將用於X射線寬波段巡天,發現被塵埃遮擋的超大質量黑洞和未知型別天體;透過觀測黑洞、中子星、活動星系核等高能天體;研究緻密天體和黑洞強引力中物質的動力學和高能輻射過程;探索利用X射線脈衝星實現航天器自主導航的技術和原理。探測器上搭載有三個望遠鏡載荷,分別對應高、中、低能區的波段,以實現1-250keV波段的全覆蓋;除望遠鏡以外,還搭載有一個空間環境監測儀,用於標定探測器在軌執行的本底。其實本來這顆衛星不是用來測量伽馬射線的,而是測量硬X射線——這種射線的能量比伽馬射線要低一些,但是根據當時參與研發的硬X射線調製望遠鏡衛星系統載荷分系統專家,宋黎明描述:
我們在衛星進入正樣階段後發現,在高能X射線望遠鏡正常的工作模式之外,透過對其光電倍增管的高壓進行調整,可以用於對伽馬射線暴的全天監測,因此增加了這一伽馬射線暴監測模式。可以說小小的調整,一下子把這顆衛星的作用提升了不止一點兒半點兒。並且調整之後:
在200keV—3MeV能區,HXMT監測伽馬射線暴的有效觀測面積相比以往的裝置可提高10倍左右。也就是說,這顆中國發射的第一顆本來用來測量硬X射線的衛星經過調整之後,一下子在測量伽馬射線的能量上,就達到了以往裝置的觀測面積的十倍左右。這難道不夠驚人嗎?
但是,慧眼號只是起到了輔助作用慧眼號在這次應力波事件中起到的作用是很大的,但是是否能夠達到“新的引力波全靠中國衛星”的地步,我認為還遠遠沒有達到。
就好像剛剛說的,其實當時指向天空的不止中國的慧眼號,而且中國的慧眼號也只是在觀察伽馬射線而已(同時測量的還有另外三顆衛星),雖然伽馬射線是中子星合併產生的最強烈的訊號,慧眼號在這個訊號的觀測中起到了不可替代的作用,但是,這次觀測行動的主角還是LIGO,慧眼號只是輔助作用。
所以“全靠”慧眼號,這個描述實在是有點兒言過其詞。還是謙虛一點好。
當然了,這對於中國來說,依然是一次不可多得的展示自己天文學研究成果的機會,要知道,這顆衛星才上天了不到半年,而外國的同類衛星,都已經在宇宙空間中飄了快50年了,一下子就取得這麼大的成果已經難能可貴。而且這顆衛星的優勢就放在那裡——更加不用說這次的引力波觀測事件只是用了它的附屬功能,它的主要功能,硬X射線觀測,還沒有發揮出自己的實力呢。
好好等待吧,相信這顆衛星還有它背後的整個中國科學團隊可以給我們帶來更多的驚喜。
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3 # 拍拍小達人
中國現在無法探測到引力波,因為沒有引力波檢測站。只有美國,歐洲能檢測到。
中國這次只不過碰巧是中子星合併,用電磁波光學望遠鏡看到了碰撞後發出的電磁輻射。全世界有70多個光學電磁望遠鏡看到了,中國只是其中之一。
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4 # 張雙南
我是這顆衛星--“慧眼”硬X射線調製望遠鏡天文衛星、簡稱慧眼衛星的首席科學家,所以有必要澄清以下幾點:(1)這次LIGO發現兩個中子星併合的引力波和慧眼衛星沒有關係;(2)慧眼衛星不能探測引力波,但是能夠探測X射線和伽馬射線,這次慧眼衛星參加了對這個產生引力波的事件所可能發出的X射線和伽馬射線的觀測;(4)慧眼衛星沒有顯著地探測到產生引力波的事件的X射線和伽馬射線,但是對可能發出的伽馬射線做出了嚴格的約束,因此參加了那篇歷史性的發現論文。
更加進一步詳細的情況請參考經過我審定的慧眼衛星新聞稿(2017年10月16號)。
慧眼望遠鏡參與監測首個引力波電磁對應體,嚴格限制其高能輻射性質
臺北時間2017年10月16日22點,美國國家科學基金會召開新聞釋出會,宣佈鐳射干涉引力波天文臺(LIGO)和室女座引力波天文臺(Virgo)於2017年8月17日首次發現雙中子星併合引力波事件(編號GW170817),國際引力波電磁對應體觀測聯盟發現該引力波事件的電磁對應體。中國第一顆空間X射線天文衛星--慧眼HXMT望遠鏡--在引力波事件發生時成功監測了引力波源所在的天區,對其伽馬射線電磁對應體(簡稱引力波閃)在高能區(MeV,百萬電子伏特)的輻射性質給出了嚴格的限制,為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機制做出了重要貢獻,相關探測結果發表在報告此次歷史性發現的研究論文中[1]。這是人類第一次同時探測到引力波及其電磁對應體,是引力波天文學的極為重要的里程碑,在天文學以及物理學發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時代。
圖1: 慧眼望遠鏡示意圖。
引力波是1916年愛因斯坦建立廣義相對論後的預言。極端天體物理過程中引力場急劇變化,產生時空擾動並向外傳播,人們形象地稱之為“時空漣漪”。自從2015年9月14日LIGO首先發現雙黑洞併合產生的引力波事件(編號GW150914)以來,已經探測到4例引力波事件,包括前不久LIGO和Virgo聯合探測的GW170814。
引力波的直接探測剛剛獲得了2017年度諾貝爾物理學獎。探測引力波電磁對應體對研究引力波事件、宇宙學以及基礎物理具有不可替代的決定性作用,因此,人們普遍認為引力波研究的下一個里程碑是發現引力波事件產生的電磁輻射。本次發現的引力波事件跟以往發現的雙黑洞併合不同,它由兩顆中子星併合產生。理論預言雙中子星併合不僅能產生引力波,而且能產生電磁波,即引力波電磁對應體,因此本次探測到引力波以及電磁對應體是天文學家期待已久的重大發現。
本次LIGO探測到的引力波訊號持續百秒左右;引力波訊號結束後大約2秒,美國費米衛星搭載的伽馬暴監測器(GBM)以及歐洲INTEGRAL望遠鏡搭載的SPI-ACS探測器均探測到一個闇弱的短伽馬暴(編號GRB170817A),跟引力波事件成協;其後,光學望遠鏡發現光學對應體(編號AT2017gfo/SSS17a),幾天後還探測到該引力波源發出的X射線以及射電波段的電磁輻射。
因為該引力波事件具有極為重要的意義,天文學家使用了大量的地面和空間望遠鏡進行觀測,形成了一場天文學歷史上極為罕見的全球規模的聯合觀測。然而,引力波事件發生時僅有4臺X射線和伽馬射線望遠鏡成功監測到爆發天區,慧眼望遠鏡便是其中之一。
在這些望遠鏡中,慧眼在0.2-5 MeV能區的探測接收面積最大、時間解析度最好,因此對引力波閃(即編號為GRB170817A的伽馬射線暴)的百萬電子伏特(MeV)能區的伽馬射線輻射的探測能力最強。雖然此前人們普遍預計像本次事件這樣近距離(40 Mpc,約1.3億光年)的雙中子星併合產生的引力波閃將極為明亮,但慧眼(以及其它伽馬射線望遠鏡)在MeV能區沒有探測到高能輻射,說明本次引力波閃非常闇弱,跟理論預言相差甚遠,具有非常特殊的輻射性質。此外,慧眼望遠鏡憑藉強大的探測效能,對該引力波閃在MeV能區的輻射性質給出了嚴格的上限(見下圖)。
圖3:慧眼望遠鏡的探測結果。對本次引力波事件產生的高能電磁對應體,即編號為GRB170817A的伽馬暴,及其先兆和延展輻射在MeV能區的輻射性質給出了嚴格的上限約束。
鑑於慧眼觀測限制的重要性,慧眼望遠鏡不僅以合作組形式加入了報告本次歷史性發現的論文[1](即發現論文),而且在論文的正文部分報告了觀測結果。該發現論文是關於該引力波事件的同時發表的一系列論文中最核心的領頭論文,已於10月16日正式發表。
除了參與上述歷史性的發現論文,慧眼望遠鏡的詳細分析結果以獨立論文[2]的形式已於10月16日同步發表在《中國科學:物理學力學天文學》雜誌英文版的網頁版,改期雜誌的封面如下圖。
值得注意的是,慧眼望遠鏡本來的設計目標是探測黑洞和中子星等銀河系內的X射線天體,研究極端引力場條件下的物理規律。專案組透過對慧眼望遠鏡輔助探測器的創新性使用,獲得了額外的探測伽馬暴及引力波電磁對應體的能力,使其成為國際上正在執行的最重要的伽馬射線暴監測裝置之一,大大擴充套件瞭望遠鏡的科學產出。
慧眼望遠鏡由國家國防科技工業局和中國科學院聯合資助建造,於2017年6月15日從酒泉衛星發射中心發射升空,開始為期5個月的試執行。中科院高能物理研究所(粒子天體物理重點實驗室)負責望遠鏡觀測執行以及資料處理[3]。參與本次引力波事件觀測時,慧眼望遠鏡剛剛試執行2個月。試執行結束後慧眼望遠鏡將開始正式的科學觀測,同時繼續監測研究引力波閃。慧眼望遠鏡的科學執行以及引力波電磁對應體的探測研究分別獲得了科技部大科學裝置前沿研究重點專項以及中國科學院戰略性科技先導專項的支援。
在LIGO合作組2016年宣佈探測到引力波之後,發現引力波事件的電磁對應體便成為最重要的天體物理問題之一。在慧眼望遠鏡的技術基礎之上,中國科學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體全天監測器專案(GECAM),並將其命名為“閃電”。“閃電”採用針對性最佳化設計,不僅能夠同時監測全天隨機爆發的引力波閃,而且具有更低的探測閾值、更高的監測靈敏度以及更好的定位能力,對引力波閃的綜合探測效能遠超現有望遠鏡。此外,“閃電”和慧眼望遠鏡結合,將形成極大天區極寬波段的覆蓋!
在中國科學院前沿科學重點研究計劃的支援下, “閃電”專案的關鍵技術攻關以及方案設計的大部分工作已經完成。如果立即立項,可以在2020年前發射升空,從而趕上與最佳靈敏度的LIGO和Virgo等引力波探測器進行聯合觀測,獲得最大的科學產出,使中國在引力波電磁對應體的探測研究上達到國際領先水平。
[1] B. P. Abbott et al., Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger, Astrophysical Journal Letters, 2017, doi:10.3847/2041-8213/aa91c9
[2] Li, T. P., Xiong, S. L., Zhang, S. N., et al., Insight-HXMT observations of the first binary neutron star merger GW170817, Science China Physics, Mechanics & Astronomy, 61(3), 031011 (2018), doi:10.1007/s11433-017-9107-5
[3] http://www.hxmt.org
更多解釋:
雙中子星併合是一個物理事件,那天發生了這件事。這件事產生了兩種波:引力波和電磁波,後者就是我們通常說的“光”。只有引力波探測器(LIGO和Virgo)能探測引力波,別的都不行。 只有電磁波望遠鏡才能探測電磁波。慧眼是電磁波望遠鏡。電磁波有不同的頻率,比如七色光的不同顏色就是因為不同顏色的光有不同的頻率。 有的光的頻率特別特別高,也就是能量特別高,叫做伽馬射線。慧眼是探測伽馬射線的在太空執行的望遠鏡衛星
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人類還是說點兒實際的吧?大氣層以外的還是免談吧!如若超範圍說其它的話,小心,外星文明的一聲咳嗖,足以讓你們地球“從新洗牌”!所以,這類話題,可千萬別提“科學家”之類的??除非他從外星過來的,否則空談!!低調,才是我們對“發現”認何外生物的“主旋律”!