引力波电磁对应体探测:不容错过的科学盛宴

引力波电磁对应体探测:不容错过的科学盛宴

从今年2月LIGO正式宣布直接探测到引力波,到6月再度发布引力波探测成果,依托引力波研究宇宙的窗口已被正式打开,这令国内外众多天文、物理学家为之振奋。

然而,当科学家期盼这一成果给相关研究带来革命性突破时,也有人质疑,直接探测引力波这一诺奖级成果已然被摘走,围绕引力波还能产生重大科学突破吗?近日,中科院紫金山天文台相关专家接受了《中国科学报》的采访并给出了答案。

媲美引力波探测的科学目标

如果只有诺奖能代表科学发现的重要性,那么引力波研究能够催生好几个诺奖,中科院紫金山天文台研究员吴雪峰说。在他眼里,观测到引力波电磁对应体信号的科学意义就可以与直接探测引力波相媲美。

紫金山天文台副研究员金志平向记者解释称,广义而言,与引力波辐射伴随的电磁信号都可以称为引力波电磁对应体,其研究也与引力波的直接探测密切相关。

事实上,天文学家在LIGO直接探测到引力波信号之前,也在利用电磁探测手段寻找引力波事件的信号。如今LIGO已经宣布直接探测到了引力波,对于该成果天文学家虽然相信其确凿性,但从物理学对新观测结果的验证传统来看,却有待进一步检验。

“一般而言,自然科学新发现,还是需要尽量用传统手段检验确认。”吴雪峰解释道,在引力波探测中,所谓的传统手段是指利用电磁波观测引力波的电磁对应体信号,“只有电磁波段看到引力波事件的电磁信号,我们才能放心地说,引力波被无可置疑地探测到了。”

“引力波已经被探测到,全世界的天文学家更关注的是,电磁对应体信号谁第一个探测到。”吴雪峰笑称。

更具优势的科学探测

在专家看来,相较于引力波的直接探测,引力波电磁对应体探测具有它独特的一些优势。

“就像你能听到一架飞机从头上飞过,但只有抬头看才能确定飞机的具体位置。”吴雪峰解释道,引力波直接探测的信号在目前阶段便如同人在地面听到的飞机飞过的声音,只能大致判断在哪个方位,而电磁对应体的探测则相当于你用眼睛看到了飞机的精确位置。

也就是说,电磁辐射对应体的测量结果可以精确且独立测定引力波事件的空间方位,并能较为准确地估计事件发生时间。“这些信息纳入引力波数据处理分析中可以有效地提高信噪比,进而提高引力波事件的探测率。”相关研究人员告诉记者。

此外,尽管两个黑洞或者两个中子星并合产生的引力波信号,可以测定该这类事件距离地球的远近,但“电磁对应体特别是光学波段的电磁对应体,则有可能给出这些事件的宇宙学红移,从而可以结合在一起对宇宙学主要参数,比如哈勃常数、暗能量等,进行高精度限定。”吴雪峰补充道。

另外,引力波信号非常微弱,并且携带的信息也很有限。而电磁辐射易于探测,并携带了很多互补性信息,因此它能帮助科学家全面了解中子星并合的物理过程,并深入研究极端引力、极端密度等条件的基本物理。

为新发现做好准备

对于引力波电磁对应体研究,现阶段科学家更关注的是中子星并合这类引力波事件触发的变源,因为中子星并合过程中会抛射大量中子,它们的核反应和衰变可以产生十分强烈的电磁信号。(下转第2版)

“中子星并合过程中不仅会发射出强引力波辐射,还会抛射出一些高速运动的物质。”金志平称,这些物质内部作用或与中子星外部的星际介质相互作用,就可能产生伽玛射线、X射线、紫外、光学以及射电辐射。

虽然并合事件可能距离地球遥远,但吴雪峰仍认为,这样的碰撞在一定的条件下有可能在射电、光学甚至X射线等波段产生比较明亮的、人类可观测的信号。

采访中,专家都表示,引力波电磁对应体的研究在接下来的数年里将是国际天文界的重要研究热点之一,并可能产生一系列重大科学成果。而科学家要做的,就是在光学、X射线乃至射电等不同波段作好准备。“虽然不知道谁会最先发现,但总有一个团队、一个望远镜会先发现。”吴雪峰说。

事实上,近些年,国内科学家为跻身引力波电磁对应体探测行列做了长足的努力,通过中国南极昆仑站天文台光学巡天望远镜、FAST五百米口径射电望远镜、中法天文科学卫星SVOM及其地面阵列GWAC以及爱因斯坦探针等项目,陆续建立起了引力波电磁对应体的观测手段,希望能够在该领域能有所作为。

毕竟,对于中国天文学家而言,这次盛宴不容错过。

《中国科学报》 (2016-08-10 第1版 要闻)

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[责任编辑:wyjlhao]

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