摘要
2017年夏天的一天，世界各地的天文学家收到了一条消息，说在很远很远的地方有两颗恒星发生了令人兴奋的碰撞。这条信息是由LIGO和处女座天文台的一组天文学家发出的。这些新的天文台与我们迄今为止用来研究宇宙的望远镜非常不同。LIGO和Virgo是引力波观测站，它们在倾听由遥远的黑洞和中子星碰撞产生的安静的时空涟漪。2017年8月17日，LIGO和Virgo探测到一个信号，天文学家将其命名为GW170817，来自两颗中子星的碰撞。不到两秒钟后，美国宇航局的费米卫星捕捉到一个被称为伽马射线暴的信号，几分钟内，世界各地的望远镜开始搜索天空。南美洲的望远镜在一个名为NGC 4993的遥远星系中发现了碰撞的位置。在接下来的几周和几个月里，天文学家们观察着星系和碰撞产生的逐渐减弱的光。这是一种新型的多信使天文学，首次通过引力波和光观测到同一事件。
中子星
夜空中的星星似乎永远都在那里，但每一颗恒星都是由太空中的气体和尘埃在引力的作用下聚集在一起而形成的。一颗新生的恒星明亮地燃烧，直到耗尽燃料。像我们的太阳这样的中小型恒星以白矮星的形式结束了它们的生命，白矮星是恒星核心的发光残留物。比太阳大得多的恒星会以超新星爆炸的形式壮观地消亡。超新星爆炸的残留物是一个致密的、黑暗的核心，或者是一个中子星或者一个黑洞．中子星的概念首次提出是在80多年前的1934年，但又过了33年天文学家才发现中子星。1967年，从一颗遥远的中子星探测到x射线，同年晚些时候，发现了第一颗射电脉冲星。脉冲星是一种高度磁化的旋转中子星，每次旋转都会向地球发射一束无线电脉冲。地球上的射电望远镜可以观测到这些脉冲，它们就像一个稳定的滴答作响的时钟一样到达。天文学家还发现了双中子星系统，即两颗中子星相互环绕。当科学家们计划建造新的LIGO和Virgo引力波探测器时，他们希望从这些双中子星系统中找到引力波信号(图1）.
- 图1 -艺术家对两颗中子星碰撞的插图，显示了它们在图片中心碰撞后的情况。
- 狭窄的光束代表伽马射线暴，而波动的时空网格表示碰撞产生的引力波。从合并的恒星中喷射出的旋转物质云可能是天文学家看到的光的来源。图源:美国国家科学基金会/LIGO/索诺玛州立大学/A。Simonnet。
引力波
100多年前，阿尔伯特·爱因斯坦提出了广义相对论——一种预测黑洞和弯曲时空的引力理论。该理论还预测了引力波，引力波是由黑洞和中子星等大质量物体加速产生的，在空间和时间中以光速传播的涟漪。2015年9月，美国国家科学基金会最新升级的高级LIGO探测器观测到一个遥远星系中两个黑洞碰撞产生的第一个引力波信号[1］．该事件被命名为GW150914，因为2015年9月14日探测到引力波信号。激光干涉引力波天文台(LIGO)探测器位于美国华盛顿州的汉福德和路易斯安那州的利文斯顿。他们与位于意大利的欧洲处女座探测器一起，组成了一个引力波天文台网络，在2015年至2017年的前两次观测中，探测到10个来自碰撞黑洞对的独立引力波信号。2017年夏天，北半球天文台探测到一种新型信号，来自两颗中子星的碰撞[2］．
伽马射线爆发
伽马射线是一种比x射线更有能量的光。在20世纪60年代中期，Vela卫星发现了伽马射线暴(grb)。天文学家后来发现这些grb来自太空，但是什么能产生如此高能的伽马射线暴呢?从那时起，确定grb的来源一直是高能天体物理学的关键挑战之一。2005年，一个短时间伽马射线暴(sGRB)被发现来自一个遥远的星系，观测提供了证据，证明sGRB可能是两颗中子星碰撞或中子星与黑洞合并的结果。这些非常遥远的事件很难发现，所以需要一种新的天文学和灵敏的引力波探测器的发展，才能发现产生GW170817引力波信号的中子星碰撞和2017年8月17日美国宇航局费米卫星探测到的GRB。
多信使的发现
2017年8月17日，美国宇航局的费米卫星发出了关于伽马射线暴信号的自动警报，现在被称为GRB170817A [3.］．LIGO的计算机花了大约6分钟的时间才发现，汉福德天文台几乎同时探测到了可能的引力波信号。引力波信号似乎是在伽玛射线暴信号之前2秒观测到的两颗中子星碰撞的信号。LIGO和Virgo的科学家向世界各地的天文学家发出了警报，不久之后，他们分享了一张天空区域的地图，该区域最有可能是伽马射线暴和引力波信号的来源，如图所示图2，3.．
- 图2 -为了找到中子星碰撞的星系，科学家们结合了LIGO和Virgo、费米望远镜和望远镜的信息。
- 在代表部分天空的圆圈中，在左侧，来自LIGO的信号方向以浅绿色显示，LIGO和Virgo的组合信号方向以深绿色显示，来自费米和积分卫星的方向以浅蓝色显示，来自费米伽玛射线爆发监测仪(GBM)的方向以深蓝色显示。望远镜搜索了天空的重叠区域，在NGC 4993星系中发现了一个新的明亮源，在右上方的望远镜图像上有小的水平和垂直标记。上面的方框显示了斯沃普望远镜发现星系11小时后的星系，下面的方框显示了DLT40望远镜发现星系20天前的星系。3.］．
- 图3 -由LIGO和处女座联合观测得到的GW170817信号方向的天空图。
- 来源:LIGO-Virgo/Cardiff U./C。北方。
这一事件标志着引力波多信使的首次发现:它是由引力波和光观测到的，光也被称为电磁波。警报发出时是西半球的下午，夜幕降临时，南美洲的望远镜已经就位，可以在天空中搜索碰撞发出的光。在最初的几个小时的黑暗中，一些望远镜在NGC 4993星系中发现了一个新的光源。世界各地的望远镜都转向了NGC 4993，看看接下来会发生什么。在接下来的两周内，由地面望远镜和太空天文台组成的网络对最初的探测进行了跟踪。在所有不同种类的光下进行观测，望远镜可以测量包括紫外线、可见光和红外光在内的信号。天文学家发现，新的光源是千新星，一种由两颗中子星碰撞产生的明亮的短命事件。在千新星之后，人们用x射线和射电望远镜观察了那部分天空，以更好地了解这次碰撞。这些观测揭示了爆炸能量输出、喷射物质和碰撞环境的重要信息。这些观测向我们表明，中子星碰撞能够产生重元素，包括金，这证实了在测量之前只是一个假设。中微子天文台没有成功地搜索到来自GW170817地区的高能中微子。这是一个目标多信使天文学为了探测同一宇宙事件的引力波、电磁辐射和中微子[4］．由于引力波和伽马射线暴信号几乎发生在相同的时间，我们现在已经证实了爱因斯坦的预测，引力波和光波以相同的速度传播，超过数百万公里。
新天文学
引力波信号GW170817的发现和费米卫星于2017年8月17日探测到的伽玛射线爆发标志着引力波和来自同一个天体物理源的光首次被观测到。LIGO和Virgo引力波天文台向世界各地的天文学家发出警报，要求他们寻找两颗中子星碰撞发出的光。望远镜在一个遥远的星系中发现了碰撞的位置，在接下来的几周和几个月里，天文学家观察并记录了碰撞产生的渐弱光线。这是引力波和光第一次同时观测到同一事件，这表明在多信使天文学的新时代，天文学家共同努力做出新的令人兴奋的发现是多么重要。
术语表
中子星：↑大质量恒星坍缩后留下的密度极高的物体。
黑洞：↑一个时空区域，由一个极其致密的质量造成，这里的引力如此之大，以至于任何东西都无法逃逸，包括光。
伽马射线：↑能量最高的光，又称电磁辐射。
中微子：↑不带电荷的微小粒子。
多信使天文学：↑利用电磁、引力波和天体粒子数据一起了解宇宙。
利益冲突
作者声明，这项研究是在没有任何可能被解释为潜在利益冲突的商业或财务关系的情况下进行的。
原文
↑Abbott, b.p.， Abbott, R.， Abbott, t.d.， Acernese, F.， Ackley, K.， Adams, C.等，LIGO科学合作，处女座合作，多信使合作伙伴。2017。双中子星合并的多信使观测。12,54。j。848: L12。2041 - 8213 . doi: 10.3847 / / aa91c9
参考文献
[1]↑LIGO科学合作和处女座合作，2016。观测双黑洞合并的引力波。理论物理。启。116:061102。doi: 10.1103 / PhysRevLett.116.061102
[２]↑LIGO科学合作和处女座合作，2017。GW170817:双中子星引力波的观测。理论物理。启。119:161101。doi: 10.1103 / PhysRevLett.119.161101
[3]↑Abbott, b.p.， Abbott, R.， Abbott, t.d.， Acernese, F.， Ackley, K.， Adams, C.等，LIGO科学合作，处女座合作，多信使合作伙伴。2017。双中子星合并的多信使观测。12,54。j。848: L12。2041 - 8213 . doi: 10.3847 / / aa91c9
[4]↑LIGO科学合作，处女座合作，ANTARES，冰立方和皮埃尔奥格天文台。2017。寻找双中子星GW170817与ANTARES、冰立方和皮埃尔奥格天文台合并产生的高能中微子。12,54。j。850:胶卷。2041 - 8213 . doi: 10.3847 / / aa9aed