在10月份那次轰动天文界的引力波事件中,杨圣博士直接参与了两个重要的项目组——不仅是DLt40最主要的科研人员,同时也是意大利GRAWITA的主要成员。在这次引力波事件中,杨圣博士一共参与了五篇文章:两篇nature和三篇apj letter,其中一篇apj letter的文章里,他是第一作者。作为这次引力波探测的亲历者之一,杨圣博士向我们讲述了这一轰动性事件背后的很多鲜为人知的细节。
半个月前,华盛顿特区的那场新闻发布会标志着人类正式开启了多信使天文学时代。因为在发布会上,引力波探测项目组LIGO、VIRGO,伽马射线探测项目组Fermi,以及7个其他电磁波段项目组共同宣布,人类首次用引力波,电磁波和中微子等多种观测手段同时探测到了一颗大概率是双中子星合并类型的变源。
中子星是大质量恒星死亡的产物。
宇宙中绝大部分恒星以双星系统存在,当两颗中子星组成的绕转系统,慢慢损失角动量,逐渐靠近,最终,他们会合并产生剧烈爆炸。爆炸会抛出很多物质,这些物质有的会在引力束缚下成为吸积盘,产生伽马波段的即时辐射和X射线、光学、射电等波段的余晖辐射;而另外一部分物质则可以脱离引力的束缚,这部分富含中子的物质内部会产生一种叫“快过程”的物理过程,通过快速中子俘获以及之后的衰变和裂变,产生辐射。
这些辐射在光学上,一般比普通的新星亮大约一千倍,我们称之为“千新星”。
人类通常很难同时找到一颗天体源的各种辐射信息。而这次天文事件如此轰动,最为重要的原因就是因为我们得到了这颗源的所有观测手段的信息,这些信息可以相互限制、相互佐证,这也就是多信使天文学的意义所在。
此次引力波光学对应体搜寻的一个亮点是,小口径望远镜发挥了重要作用。
发现这颗千新星的望远镜主要都是小口径望远镜,其中甚至有一台20厘米口径望远镜的身影,这已与普通天文爱好者的望远镜相差不大。为什么小望远镜此次能大显身手呢?我们首先需要知道,知道引力波的位置后,该如何找出它的电磁对应体呢?当我们听到某个方向传来了一声汽笛,我们大概知道是哪个方向传来的,但是我们不知道具体位置,于是我们只好朝那个方向四处张望,犹如大海捞针。引力波电磁对应体的搜寻也面临着相似的情况。
因此,天文学家借助天文望远镜观测时会遇到一个选择:当我们调节焦距,让视场很小的时候,我们可以看得很清楚,但是付出的代价视线范围有限。于是,我们就有了两种搜索引力波光学信号的策略:大视场的盲搜和星系搜寻。很显然,星系搜寻是更好的策略:只聚焦到有用的区域,显著缩小了搜寻空间、提高了搜寻效率。但这种策略的前提是,你必须事先就有一个比较完整的星系表能够准确告诉你每个星系的位置。
随着距离进一步增加,情况会变得更加糟糕,而且星系表的信息也会更加欠缺,大口径望远镜和大视场的盲扫策略将成为唯一选择。人类非常幸运能够遇到如此近距离的双中子星合并事件。对于我们DLT40项目组而言,没有LIGO、VIRGO和Fermi提供的信息,我们需要持续搜寻126年才有机会独立观测到这颗千新星,这个看起来近乎不可能的概率,更显示出了多信使天文学的重要性。