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为什么说LIGO宣布发现新的引力波全靠中国卫星?

↑物体运动时对空间的搅动↑

应力波在被证实之后,十分迅速地获得了2017年的的诺贝尔物理学,可以说掀起了人们对应力波的关注,而最新的科研成果,也就是这条新闻:

北京时间2017年10月16日22点,美国国家科学基金会召开新闻发布会,宣布激光干涉引力波天文台(LIGO)和室女座引力波天文台(Virgo)于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件,国际引力波电磁对应体观测联盟发现该引力波事件的电磁对应体。

这个跟之前获得诺贝尔奖的黑洞碰撞产生的引力波有什么区别呢?长话短说,黑洞是“黑的”,基本上除了引力波我们没有办法观察到它,所以就好像是黑暗中有个穿黑衣服的黑人在跳舞,所有人中只有一个带了夜视仪的人可以看到这个人在跳舞,其他人还是一脸懵逼,有人称之为“盲人摸象”,甚至于有胆大无畏的人直接说:LIGO发现应力波是是典型的“画鬼找鬼”的科学骗局(黄秀清语)。

但是这次的引力波就不一样了,这是由中子星合并产生的,除了发出引力波之外,还会发出可见光、红外光、紫外光、X射线、伽马射线,所以这次不是一个穿黑衣服的黑人在黑暗里跳舞了,而是一个人在黑夜里爆炸,但凡是个人,都能看到这个现象。

所以这次应力波的观测基本上是全世界的天文台和天文相关的卫星都在观测,但是能够测到引力波的还是只有LIGO,其他的都是测可见光、红外、X射线还有伽马射线。这样做的结果就是,LIGO把它观测到的数据拿出来,跟其他天文台和天文卫星测到的数据一对比,发现没错,就是这样,证明了这种观测手段的真实性和有效性,基本上可以说是让应力波板上钉钉了。

而且也意味着,引力波作为一种新的观测手段可以作为人类研究宇宙空间的有力工具了。

所以天文学,从最开始只有光学观测,到加入射电望远镜、空间望远镜,一步一步,人类研究宇宙的方式越来越多样化。天文学在经过这么多年的发展之后终于有了这样一句话来总结:

天文学者还可兼用电磁辐射、中微子、引力波来做天文观察,就好像同时使用视觉、听觉、味觉来探测一个天文事件,这门学术领域被称为多信使天文学。

可以说是又是一大跨越。

而这跟中国卫星慧眼号有什么关系呢?

中子星合并,其实产生的最强烈的是伽马射线,所以探测到伽马射线的信号,对于确定应力波产生的位置和机理,都是一则有力的证据。而这就是这颗中国卫星,慧眼号,做出的贡献:

我国的第一颗空间X射线天文卫星——“慧眼”望远镜在这次引力波事件发生时成功监测了引力波源所在的天区,为全面理解该引力波事件和电磁对应体的物理机制做出了重要贡献。

而且这次观测还有一个小插曲,就是本来科学家预计这次事件的双中子星并合产生的引力波闪将极为明亮,但实际上却十分暗弱,所以慧眼号强大的分辨能力,一下子就让它从众多的观测仪器中脱颖而出,得到了有力的数据。

用中科院高能所粒子天体物理重点实验室熊少林的话说:

其中“慧眼”在这四台望远镜里面,它的有效面积和它的时间分辨率是最高的。所以,“慧眼”的观测数据是非常重要的,也是无可替代的。

↑慧眼号卫星↑

简单介绍一下这颗卫星(来自维基百科)。

硬X射线调制望远镜(英语:Hard X-ray Modulation Telescope,简称HXMT),又名慧眼,是中国研制的第一个X射线天文卫星,于2017年6月15日11时在酒泉卫星发射中心由长征四号乙运载火箭成功发射至预定轨道。探测器将用于X射线宽波段巡天,发现被尘埃遮挡的超大质量黑洞和未知类型天体;通过观测黑洞、中子星、活动星系核等高能天体;研究致密天体和黑洞强引力中物质的动力学和高能辐射过程;探索利用X射线脉冲星实现航天器自主导航的技术和原理。探测器上搭载有三个望远镜载荷,分别对应高、中、低能区的波段,以实现1-250keV波段的全覆盖;除望远镜以外,还搭载有一个空间环境监测仪,用于标定探测器在轨运行的本底。

其实本来这颗卫星不是用来测量伽马射线的,而是测量硬X射线——这种射线的能量比伽马射线要低一些,但是根据当时参与研发的硬X射线调制望远镜卫星系统载荷分系统专家,宋黎明描述:

我们在卫星进入正样阶段后发现,在高能X射线望远镜正常的工作模式之外,通过对其光电倍增管的高压进行调整,可以用于对伽马射线暴的全天监测,因此增加了这一伽马射线暴监测模式。

可以说小小的调整,一下子把这颗卫星的作用提升了不止一点儿半点儿。并且调整之后:

在200keV—3MeV能区,HXMT监测伽马射线暴的有效观测面积相比以往的设备可提高10倍左右。

也就是说,这颗中国发射的第一颗本来用来测量硬X射线的卫星经过调整之后,一下子在测量伽马射线的能量上,就达到了以往设备的观测面积的十倍左右。这难道不够惊人吗?

但是,慧眼号只是起到了辅助作用

慧眼号在这次应力波事件中起到的作用是很大的,但是是否能够达到“新的引力波全靠中国卫星”的地步,我认为还远远没有达到。

就好像刚刚说的,其实当时指向天空的不止中国的慧眼号,而且中国的慧眼号也只是在观察伽马射线而已(同时测量的还有另外三颗卫星),虽然伽马射线是中子星合并产生的最强烈的信号,慧眼号在这个信号的观测中起到了不可替代的作用,但是,这次观测行动的主角还是LIGO,慧眼号只是辅助作用。

所以“全靠”慧眼号,这个描述实在是有点儿言过其词。还是谦虚一点好。

当然了,这对于中国来说,依然是一次不可多得的展示自己天文学研究成果的机会,要知道,这颗卫星才上天了不到半年,而外国的同类卫星,都已经在宇宙空间中飘了快50年了,一下子就取得这么大的成果已经难能可贵。而且这颗卫星的优势就放在那里——更加不用说这次的引力波观测事件只是用了它的附属功能,它的主要功能,硬X射线观测,还没有发挥出自己的实力呢。

好好等待吧,相信这颗卫星还有它背后的整个中国科学团队可以给我们带来更多的惊喜。

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