高能與多信使天體物理

GW170817

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如果說 GW150914 證明了我們能聽見黑洞,那麼 GW170817 則證明了我們能同時聽見並看見同一個宇宙事件。2017 年 8 月 17 日,重力波探測器感受到兩顆中子星在約 1.3 億光年外盤旋併合。就在波結束後僅 1.7 秒,一臺衛星從同一方向捕到一次短伽馬射線暴——而幾小時內,全球的望遠鏡就找到了它留下的那個發光的光點。這是人類首次同時用重力波和光觀測到的宇宙事件。

重力波的啁啾把相撞的天體認定為中子星(遠比 GW150914 的黑洞要輕),而那次短伽馬射線暴終於確認了這類併合會引起短暴。隨後的幾天裡,正在消退的可見光和紅外輝光——一次千新星——顯示出剛剛鍛造出的重元素(包括金和鉑)被拋入太空的明確特徵。地面和軌道上的數十座天文臺,跨整個波段觀測,把這一次相撞變成了天體物理中記錄最豐富的事件。

GW170817 之所以重要,是因為它一舉把許多線索串到了一起。它確認了中子星併合會產生短伽馬射線暴、並鍛造出宇宙大部分的重元素;透過把波給出的距離與宿主星系的退行作比較,它給出了一個獨立的宇宙膨脹率測量;而且由於重力波和伽馬射線在歷經 1.3 億年旅程後於幾秒內先後到達,它以非凡的精度表明重力以光速傳播。它是多信使天文學的奠基性勝利。

在 GW170817 之後一天之內,望遠鏡就在星系 NGC 4993 中精確定位了它的輝光,而隨著千新星的消退,它的光譜揭示出新生重元素的指紋。單單一次事件,一舉回答了短伽馬射線暴從何而來、以及宇宙大部分的金是在哪裡鍛造出來的。

2017 年那次用重力波和光同時看到的中子星併合——多信使天文學的誕生。

GW170817 和所有這類事件一樣,以其日期命名(2017 年 8 月 17 日)。它並不是在一道你能看見的閃光裡「造出」了金;而是併合拋出的殘骸鍛造了重元素,這些元素隨後的放射性衰變,為我們在數天裡觀測到的千新星輝光供能。

又稱
the neutron-star merger event中子星并合事件中子星併合事件