北京時(shí)間2017年10月16日22點(diǎn),美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì),宣布激光干涉引力波天文臺(tái)(LIGO)和室女座引力波天文臺(tái)(Virgo)于2017年8月17日首次發(fā)現(xiàn)雙中子星并合引力波事件(編號(hào)GW170817),國(guó)際引力波電磁對(duì)應(yīng)體觀測(cè)聯(lián)盟發(fā)現(xiàn)該引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體。我國(guó)第一顆空間X射線天文衛(wèi)星“慧眼HXMT望遠(yuǎn)鏡”在引力波事件發(fā)生時(shí)成功監(jiān)測(cè)了引力波源所在的天區(qū),對(duì)其伽馬射線電磁對(duì)應(yīng)體(簡(jiǎn)稱(chēng)引力波閃)在高能區(qū)(MeV,百萬(wàn)電子伏特)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的限制,為全面理解該引力波事件和引力波閃的物理機(jī)制做出了重要貢獻(xiàn),相關(guān)探測(cè)結(jié)果發(fā)表在報(bào)告此次歷史性發(fā)現(xiàn)的研究論文中。這是人類(lèi)第一次同時(shí)探測(cè)到引力波及其電磁對(duì)應(yīng)體,是引力波天文學(xué)的極為重要的里程碑,在天文學(xué)以及物理學(xué)發(fā)展史上具有劃時(shí)代的意義,正式開(kāi)啟了引力波天文學(xué)時(shí)代。
因?yàn)樵撘Σㄊ录哂袠O為重要的意義,天文學(xué)家使用了大量的地面和空間望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀測(cè),形成了一場(chǎng)天文學(xué)歷史上極為罕見(jiàn)的全球規(guī)模的聯(lián)合觀測(cè)。然而,引力波事件發(fā)生時(shí)僅有4臺(tái)X射線和伽馬射線望遠(yuǎn)鏡成功監(jiān)測(cè)到爆發(fā)天區(qū),慧眼望遠(yuǎn)鏡便是其中之一。

在這些望遠(yuǎn)鏡中,慧眼在0.2-5 MeV能區(qū)的探測(cè)接收面積最大、時(shí)間分辨率最好,因此對(duì)引力波閃(即編號(hào)為GRB170817A的伽馬射線暴)的百萬(wàn)電子伏特(MeV)能區(qū)的伽馬射線輻射的探測(cè)能力最強(qiáng)。雖然此前人們普遍預(yù)計(jì)像本次事件這樣近距離(40 Mpc,約1.3億光年)的雙中子星并合產(chǎn)生的引力波閃將極為明亮,但本次引力波事件產(chǎn)生的引力波閃出乎意料的暗弱,特別是在MeV能區(qū)的輻射十分微弱,導(dǎo)致沒(méi)有望遠(yuǎn)鏡(包括慧眼在內(nèi))在這個(gè)能區(qū)探測(cè)到引力波閃。慧眼望遠(yuǎn)鏡憑借強(qiáng)大的探測(cè)性能,對(duì)該引力波閃在MeV能區(qū)的輻射性質(zhì)給出了嚴(yán)格的上限。
鑒于慧眼觀測(cè)限制的重要性,慧眼望遠(yuǎn)鏡不僅以合作組形式加入了報(bào)告本次歷史性發(fā)現(xiàn)的論文,而且在論文的正文部分報(bào)告了觀測(cè)結(jié)果。該發(fā)現(xiàn)論文是關(guān)于該引力波事件的同時(shí)發(fā)表的一系列論文中最核心的領(lǐng)頭論文,已于10月16日正式發(fā)表。
除了參與上述歷史性的發(fā)現(xiàn)論文,慧眼望遠(yuǎn)鏡的詳細(xì)分析結(jié)果以獨(dú)立論文的形式已于10月16日同步發(fā)表在《中國(guó)科學(xué):物理學(xué)力學(xué)天文學(xué)》雜志英文版的網(wǎng)頁(yè)版。
值得注意的是,慧眼望遠(yuǎn)鏡本來(lái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是探測(cè)黑洞和中子星等銀河系內(nèi)的X射線天體,研究極端引力場(chǎng)條件下的物理規(guī)律。項(xiàng)目組通過(guò)對(duì)慧眼望遠(yuǎn)鏡輔助探測(cè)器的創(chuàng)新性使用,獲得了額外的探測(cè)伽馬暴及引力波電磁對(duì)應(yīng)體的能力,使其成為國(guó)際上正在運(yùn)行的最重要的伽馬射線暴監(jiān)測(cè)設(shè)備之一,大大擴(kuò)展了望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)產(chǎn)出。
慧眼望遠(yuǎn)鏡由國(guó)家國(guó)防科技工業(yè)局和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合資助建造,于2017年6月15日從酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空,開(kāi)始為期5個(gè)月的試運(yùn)行。中科院高能物理研究所(粒子天體物理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)負(fù)責(zé)望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)運(yùn)行以及數(shù)據(jù)處理。參與本次引力波事件觀測(cè)時(shí),慧眼望遠(yuǎn)鏡剛剛試運(yùn)行2個(gè)月。試運(yùn)行結(jié)束后慧眼望遠(yuǎn)鏡將開(kāi)始正式的科學(xué)觀測(cè),同時(shí)繼續(xù)監(jiān)測(cè)研究引力波閃?;垩弁h(yuǎn)鏡的科學(xué)運(yùn)行以及引力波電磁對(duì)應(yīng)體的探測(cè)研究分別獲得了科技部大科學(xué)裝置前沿研究重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)以及中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性科技先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)的支持。

在LIGO合作組2016年宣布探測(cè)到引力波之后,發(fā)現(xiàn)引力波事件的電磁對(duì)應(yīng)體便成為最重要的天體物理問(wèn)題之一。在慧眼望遠(yuǎn)鏡的技術(shù)基礎(chǔ)之上,中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所提出了專(zhuān)門(mén)探測(cè)引力波閃的引力波高能電磁對(duì)應(yīng)體全天監(jiān)測(cè)器項(xiàng)目(GECAM),并將其命名為“閃電”?!伴W電”采用針對(duì)性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì),不僅能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)全天隨機(jī)爆發(fā)的引力波閃,而且具有更低的探測(cè)閾值、更高的監(jiān)測(cè)靈敏度以及更好的定位能力,對(duì)引力波閃的綜合探測(cè)性能遠(yuǎn)超現(xiàn)有望遠(yuǎn)鏡。在中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究計(jì)劃的支持下,“閃電”項(xiàng)目的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)以及方案設(shè)計(jì)的大部分工作已經(jīng)完成。如果立即立項(xiàng),可以在2020年前發(fā)射升空,從而趕上與最佳靈敏度的LIGO和Virgo等引力波探測(cè)器進(jìn)行聯(lián)合觀測(cè),獲得最大的科學(xué)產(chǎn)出,使我國(guó)在引力波電磁對(duì)應(yīng)體的探測(cè)研究上達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
(看看新聞Knews記者:湯銘 實(shí)習(xí)編輯:陳冬)

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