中子星引力波 | 科學家成為謠言製造者？

兩顆中子星合併造成引力波？

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科學家成謠言製造者？

未經證實便聲稱發現新型引力波。

藉助美國的激光干涉引力波天文台（以下簡稱LIGO），天體物理學家可能在上周探測到新型引力波。這一次的引力波由遙遠星系NGC 4993的兩顆中子星合併所致。聚焦同一區域的望遠鏡也可能發現這一事件。但在觀測結果未經證實前，發現新型引力波的謠言便在網上迅速傳播，一度讓科學界陷入興奮之中。這一次，科學家扮演了謠言製造者的角色。

長蛇座的NGC 4993星系（圖上模糊的亮點）。有傳聞稱，探測器捕捉到NGC 4993中子星合併產生的引力波。

如果證實發現新型引力波，那麼將標誌著天文學研究進入了新時代。在這個新時代，隨著時空結構的振動，傳統望遠鏡不僅能「看到」同時還能「聽到」所觀測的天文現象。伊利諾伊大學香檳分校的天體物理學家斯圖亞特·沙皮羅表示：「這是一項不可思議的進步，將大大加深我們對宇宙的認知。」

中子星合併模擬圖，白線為磁場線。

對於網上的傳聞，引力波探測器項目的科學家並沒有發表評論，因為數據還在分析當中。公開記錄顯示世界各地的望遠鏡都將目光對準這個星系，但天文學家提醒他們捕捉的信號來可能自於一個無關的源頭。

放出什麼謠言？

形象地說，引力波就是時空結構泛起的漣漪。迄今為止，美國的LIGO天文台已經3次探測到黑洞相撞產生的引力波。科學家一直希望能夠捕捉到其它宇宙災難導致的引力波，例如中子星合併。中子星是大體積恆星的爆炸殘餘，但仍有足夠質量，合併塌縮成黑洞。中子星合併能夠放射出全電磁波譜輻射——從射電波段到伽瑪射線——並且被望遠鏡捕捉到。

兩個正在併合的中子星，互相旋近並輻射出引力波，但相比雙黑洞系統更難發現。然而，它們應該具有光學對應體，有可能成為引力空間和電磁天空關聯起來的第一類天體。

8月18日，德克薩斯大學奧斯汀分校的天文學家克雷格·惠勒成為謠言的始作俑者。他在推特發帖稱：「LIGO天文台上演新發現。源頭是發現存在光學對應體的引力波源。真的是太棒了！」一小時後，華盛頓大學的天文學家彼得·約阿希姆也在推特上發帖，稱LIGO天文台捕捉到來自NGC 4993星系一個光學對應體的信號（望遠鏡能夠對這種輻射源進行觀測）。NGC 4993坐落於長蛇座，距地球約1.3億光年。約阿希姆稱：「源頭是合併的兩顆中子星。」幾名不願透露姓名的天文學家表示，在惠勒和約阿希姆發帖前，謠言只在私下傳播。

引起天文學家猜測風暴的推文。

如果研究引力波的科學家發現信號，他們有可能迅速判斷信號究竟是來自碰撞的黑洞還是合併的中子星，因為這兩種事件都有其獨特特徵。不過，對數據仍需進行更細緻研究，以進一步明確信號源頭。

LIGO望遠鏡的範圍和其探測併合黑洞的能力。併合中子星可能只有十分之一的範圍和0.1％的體積，但如果中子星數量足夠多，LIGO也可能有機會探測到它們。

圖片來源：LIGO Collaboration / Amber Stuver / Richard Powell / Atlas of the Universe

作為LIGO的姊妹天文台，義大利比薩的歐洲引力波天文台（以下簡稱Virgo）8月以來便幫助LIGO搜尋引力波。它可能也發現了這一事件。在伸出援助之手前，Virgo天文台曾因升級而休息了一段時間。有了它的加盟，科學家更有信心確認引力波源頭。Virgo天文台升級工作負責人、物理學家喬瓦尼·羅斯爾多表示，Virgo的靈敏度處於中等水平，只能探測到距地球2500萬到2700萬光年的中子星合併，但在某些太空區域，它能夠看得更遠，最遠可達到6000萬光年。

最初，惠勒和約阿希姆都拒絕發表評論。隨後，惠勒發推文道歉，稱「不管對與錯，我都不應該發這條推文。應該由LIGO在適當的時候對外宣布。這是我的過失。」

哪些望遠鏡上陣？

多名不願透露姓名的天文學家表示，有傳聞稱美國宇航局的費米伽瑪射線太空望遠鏡探測到來自潛在引力波源頭，也就是NGC 4993星系的伽瑪射線。對於發現新型引力波的傳聞，費米項目的一名資深成員拒絕發表評論。

有科學家認為中子星合併或許就是神秘莫測的短時標伽馬暴（GRBs）的源頭。伽瑪射線暴非常短暫，只持續數秒鐘，通常伴隨可見光餘輝，有時也會伴隨無線電波和X射線餘輝；餘輝可持續數天。天文學家警告稱，即使費米望遠鏡探測到伽瑪暴，也無法精確鎖定源頭。

兩個中子星的旋進和合併應該產生非常特定的引力波信號，但合併的時刻也應該產生唯一和可識別的電磁輻射。/NASA

就在天文學家發出警告後不久，更強有力的證據浮出水面，證明多架望遠鏡對NGC 4993星系進行觀測。8月22日，推特簡訊「太空望遠鏡直播」公布了哈勃太空望遠鏡的最新動向，稱一組天文學家正利用哈勃的光譜儀對一個雙中子星合併進行觀測。光譜儀通常用於觀測伽瑪暴的餘輝。但這條推文已被刪除。

8月23日，有人在卡迪夫大學天體物理學家彼得·科勒斯的博客上發表評論稱，美國宇航局的錢德拉X射線望遠鏡也加入到這一行列。根據錢德拉望遠鏡網站上的公開記錄，8月19日曾進行一次觀測。當時，這架望遠鏡瞄準NGC 4993星系的天體坐標，觀測所謂的SGRB170817A事件，即2017年8月17日的短時標伽馬暴。公開記錄中最引人注目的地方就是所謂的「觸發準則」，解釋了NGC 4993為何能夠力壓計劃內的其它觀測對象，獲得錢德拉望遠鏡的「恩寵」。記錄稱：「LIGO和VIRGO都探測到引力波源頭。」

當兩個中子星合併時，它們應該會產生伽馬射線暴噴流以及其它電磁現象。如果它們距離地球足夠近，那麼一些大型望遠鏡就有可能看到。

/NASA / Albert Einstein Institute / Zuse Institute Berlin / M. Koppitz and L. Rezzolla

從其它大型天文觀測設施的公開記錄中獲取的信息顯示，它們也在8月18日和19日對NGC 4993進行了觀測，其中包括歐洲南方天文台的甚大望遠鏡陣列以及智利的阿塔卡瑪大型毫米波/亞毫米波陣列。

中子星合併能夠提供哪些信息？

黑洞合併產生的引力波信號較為短暫，通常只持續1秒鐘，甚至更短。中子星合併產生的信號可持續1分鐘，因為中子星的質量不及黑洞，放射的引力波強度較弱，需要更長時間旋近。相關事件持續時間越長，科學家越能準確驗證愛因斯坦的廣義相對論——預言引力波存在——同時還可以獲取中子星起源的更多線索。

發現短時標伽馬暴進行觀測同樣具有重要意義，這不僅因為伽瑪暴與引力波有關，同時還能驗證擁有幾十年歷史的天體物理學理論，即伽瑪暴與中子星碰撞有關。美國宇航局戈達德太空飛行中心的天體物理學家埃莉奧諾拉·特羅亞表示：「只有引力波能夠為我們提供確鑿證據。」

正如這裡所展示的，在兩個中子星旋近和合併期間，應該會釋放巨大的能量、重元素、引力波和電磁波信號。/NASA/JPL

短時標伽馬暴本身就是一項重大發現。迄今為止觀測到的絕大多數伽瑪暴都在距地球幾十億光年的遙遠宇宙。賓夕法尼亞州立大學天體物理學家德萊克·福克斯表示，NGC 4993距地球4000萬光年，可能是目前發現的距地球最近的短時標伽馬暴。

碰撞時以及撞擊後瞬間的引力波細節能夠揭示中子星的結構，同時幫助科學家確定合併產物——再度成為中子星，還是變成一個新黑洞？對於中子星的結構，科學家知之甚少。

何時公布結果？

據LIGO天文台發言人、麻省理工學院物理學家大衛·舒梅克透露，LIGO和Virgo天文台將於8月25日結束數據收集工作。在此之後，研究人員將公布最新進展。他們會發一條短消息，宣布LIGO是否發現需要進一步分析的潛在「候選事件」。他說：「我們需要時間對數據進行分析，以確保擁有足夠信心對外公布研究結果。」

期望雙黑洞產生的電磁波信號應該是不可觀測的，如果存在一個電磁對應體，它應該是由雙中子星產生的。/NASA / Dana Berry，Skyworks Digital