有史以來，人類次同時觀測到來自同一個天文事件的引力波與電磁波。

次發(fā)現(xiàn)雙中子星引力波

人類次看到引力波體的電磁信號

這個被命名為GW170817的引力波信號于2017年8月17日晚上8時41分（北京時間）被觀測到。這一事件發(fā)生在LIGO-Virgo次聯(lián)合探測到雙黑洞并合之后僅僅三天。這次觀測由兩個相同的LIGO探測器完成，它們一個位于美國華盛頓州的漢福德，另一個位于路易斯安那州的利文斯頓。由位于意大利比薩附近的Virgo探測器提供的信息可以提升引力波事件的空間定位能力。

圖1： 這些圖顯示了GW170817信號在每個LIGO和Virgo探測器中的頻譜。水平軸是時間，豎直軸是頻率。信號從左側(cè)靠低處開始，提升至右側(cè)的陡峭曲線。

“雙中子星并合”

被認為是引力波觀測的要目標

這一次的引力波由長蛇座中星系NGC 4993的兩顆中子星并合所致，中子星是目前已知的小、致密的恒星，是大質(zhì)量恒星在演化的后階段經(jīng)過超新星爆發(fā)形成的。雙中子星系統(tǒng)可以通過萬有引力作用相互吸引和旋進，并發(fā)出引力波。在終并合前的100秒以內(nèi)發(fā)出的引力波信號正好位于激光干涉儀的靈敏頻段內(nèi)，因此有機會被觀測到。同時，中子星并合以后還會發(fā)出短伽瑪射線暴，該信號在引力波到達地球2秒鐘之后也被觀測到。

圖2：長蛇座的NGC 4993星系（模糊的亮點）

圖3：藝術家關于兩個并合中的中子星的想象。窄束代表著伽瑪暴，而扭曲的時空網(wǎng)格標志著由并合產(chǎn)生的各向同性的引力波。旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)團塊是從并合的雙星中拋射出的物質(zhì)，可能導致了較低能量的電磁信號源。（來源：科學基金會/LIGO/索諾馬州立大學/A. Simonnet。）

雙中子星并合的引力波信號一直是引力波天文學家們所期望的。中子星的想法初是在80多年前的1934年提出的，經(jīng)過33年之后，才次被觀測到。1967年，天蝎座X-1的X射線輻射被證實來自一個中子星，而在同一年，個射電脈沖星被發(fā)現(xiàn)，從那時起，一些雙中子星系統(tǒng)也陸續(xù)被發(fā)現(xiàn)。雙中子星為廣義相對論提供了強的觀測檢驗，也成為支持引力波存在的個堅定證據(jù)，隨著中子星在中越來越常見，在LIGO發(fā)展的早期，雙中子星并合被認為是引力波觀測的要目標。

圖4：顯示由LIGO和Virgo推定的GW170817位置。兩個橢圓（藍色和綠色）分別顯示了兩種不同LIGO分析代碼得出的定位。十字符號顯示了天蛇座中NGC 4993星系的位置。右側(cè)底部的圖顯示了科學家通過分析引力波估算出的到源的距離。

之前LIGO和Virgo探測到4次來自雙黑洞的引力波信號，在LIGO探測器的敏感頻段內(nèi)只能持續(xù)不到一秒的時間，然而，在8月17日探測到的這個信號持續(xù)了100秒，并且掃過了LIGO的整個靈敏頻段——這個頻段與一個普通樂器能產(chǎn)生的聲波頻段幾乎相同。數(shù)據(jù)表明這是兩個距離地球1.3億光年的天體相互旋進而產(chǎn)生的信號，質(zhì)量也沒有雙黑洞大，相反，這兩個相互旋進的天體的質(zhì)量估計為1.1~1.6倍太陽質(zhì)量，恰好是中子星的質(zhì)量范圍。

人類次看到引力波體的電磁信號

這次的發(fā)現(xiàn)打開了等待已久的多信使天文學的新窗口，就在 GW170817引力波信號到達之后不到兩秒的時間內(nèi)，NASA的費米衛(wèi)星就探測到了一個伽瑪射線暴，命名為GRB170817A。隨即，全各地的望遠鏡都開始了忙碌的觀測。在接下來的幾個星期內(nèi)，天文學家在光譜不同波段上都投入了觀測設備，這些觀測都驗證了這一假設：NGC4993中的兩個中子星并合，同時產(chǎn)生了引力波、短伽瑪暴和千新星。在2015年以前，引力波的觀測是缺席的；2015年到不久前，探測到的引力波事件都是雙黑洞并合，沒有令人信服的電磁波對應物被探測到，這次的引力波探測次實現(xiàn)了引力波與電磁波各波段的聯(lián)合觀測。

圖5： 引力波、伽馬射線和可見光的位置。左邊的小格子展示了90%置信區(qū)間投影區(qū)域，分別來自LIGO（淺綠色），LIGO-Virgo（深綠色），來自費米與INTEGRAL時間延遲得到的三角定位（淺藍色），費米GBM（深藍色）。放大圖展示了宿主星系NGC4993的位置，包括了來自并合后10.9小時的Swope光學發(fā)現(xiàn)圖片（右上方）與在并合20.5天前的圖片（右下方）。

有史以來，人類次同時觀測到來自同一個天文事件的引力波與電磁波，兩者的協(xié)同觀測，展示了聯(lián)合引力波、電磁波和中微子的不同研究團隊之間合作的重要性，標志著多信使天文學與時域天文學的新時代就此開啟。