人类首次观测到引力波（用五大洲的33台射电望远镜）

博科园：本文为天体物理学类

由德国波恩马克斯普朗克射电天文研究所(Max Planck Institute for Radio Astronomy)天文学家组成的一个国际研究小组，将来自五大洲的射电望远镜组合在一起，证明了一种狭窄物质流的存在，即所谓的射流，这种物质流是迄今为止观测到的唯一一种涉及两颗中子星的引力波事件。位于费尔斯堡的100米射电望远镜以其高灵敏度和优异的性能在观测中发挥了重要作用。2017年8月观测到两颗中子星相撞，产生引力波，被美国的LIGO和欧洲的Virgo探测器探测到。（下图1为位于3.26亿光年外九头蛇星座宇宙企鹅照片/美国哈勃太空望远镜拍摄）

博科园-科学科普：中子星是密度极高的恒星，质量与太阳大致相当，但大小与科隆等城市相似，这是迄今为止观测到的第一个也是唯一一个此类事件它发生在距地球1.3亿光年的九头蛇星座。天文学家观察到这一事件以及随后整个电磁波谱的演变，从伽玛射线、x射线到可见光和无线电波。在合并200天后，欧洲、非洲、亚洲、大洋洲和北美的射电望远镜观测结果证明，在这次猛烈的碰撞中出现了一股喷射流。这些发现现在由意大利国家天体物理研究所(INAF)的Giancarlo Ghirlanda领导的一个国际天文学家团队发表在科学期刊《科学》上。

• 两颗中子星合并后喷射出物质的印象概念图，图片：Katharina Immer (JIVE)

中子星合并代表了第一个可以将探测到引力波与发光物体联系起来的例子。这一事件证实了几十年来一直在讨论的科学理论，以及中子星合并与宇宙中最强大爆炸之一（伽马暴）之间的联系。合并后大量物质被排入太空，在物体周围形成一个外壳。天文学家一直在用不同的波长追踪它的演化过程。但是，关于这一事件仍然有一些遗留的问题，任何以前的意见都无法澄清。研究人员吉尔兰达解释说：预计部分材料将通过准直射流喷射出去，但目前还不清楚这种材料是否能成功穿透周围的外壳，有两种相互竞争的情况：一种情况是，射流无法穿透外壳，而是在物体周围产生一个不断膨胀的气泡。

在另一种情况下，射流成功地穿透外壳，然后向太空深处传播，只有获得分辨率非常高的非常敏感的无线电图像才会放弃这种或那种情况。这需要使用一种被称为甚长基线干涉测量(VLBI)的技术，这种技术可以使天文学家将地球上的射电望远镜结合起来。该出版物的作者于2018年3月12日利用欧洲VLBI网络(连接来自西班牙、英国、荷兰、德国、意大利、瑞典、波兰、拉脱维亚、南非、俄罗斯和中国的望远镜)、英国的e-MERLIN望远镜、澳大利亚和新西兰的澳大利亚长基线阵列望远镜和美国的甚长基线阵列望远镜，对合并方向进行了全球观测。

• 来自五大洲33台射电望远镜的图像，源可以看到在图像的中心作为一个红点(完全为插图制作的假彩色图像)。图片：Giancarlo Ghirlanda/Science

来自马克斯·普朗克射电天文研究所(MPIfR)的研究小组成员卡罗琳娜·卡萨迪奥说：我们位于埃弗尔斯堡的100米射电望远镜参与了这次观测，由于它的高灵敏度和优异的性能，它是一个关键元素。所有望远镜数据都被送往荷兰的JIVE，在那里，最先进的处理技术被用来生成一幅图像，其分辨率堪比分辨月球表面上的人。在同样的类比中，膨胀的气泡会以相当于月球上一辆卡车的表观尺寸出现，而喷射流则会被探测到是一个更紧凑的物体。来自意大利INAF的Om Sharan Salafia解释说：将理论图像与真实图像进行对比，发现只有喷射流看起来足够紧凑，才能与观测到的尺寸相匹配。

• 中子星合并后所喷射出物质所形成的喷射流。该射流由黑洞产生，周围环绕着一个热盘，这是在合并后形成的。图片：O.S. Salafia, G. Ghirlanda, NASA/CXC/GSFC/B. Williams et al

研究小组确定这一喷射流所含的能量相当于我们银河系所有恒星在一年内所产生的能量。同样来自JIVE的Zsolt pari说：所有这些能量都包含在一个小于一光年的尺寸中。在欧洲，研究人员利用无线网络联盟有效利用我们成员的射电望远镜。这里描述的观测结合了欧洲和世界各地的射电天文台。这需要合作天文台和机构的良好协调努力，才能取得如此令人兴奋的成果。匈牙利Konkoly天文台的Sandor Frey总结说：这些类型的观测将使我们能够揭示宇宙中一些最强大的事件发生期间和之后发生的过程。

博科园-科学科普｜研究/来自: 马克斯普朗克协会

参考期刊文献:《科学》

DOI: 10.1126/science.aau8815

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