100多年前，愛因斯坦的廣義相對(duì)論預(yù)言了引力波的存在；今天，中國(guó)和世界科學(xué)界一起，站在了引力波觀測(cè)的前列。北京時(shí)間10月16日晚上10點(diǎn)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)、歐洲南方天文臺(tái)、中國(guó)中科院紫金山天文臺(tái)等機(jī)構(gòu)同步召開新聞發(fā)布會(huì)，宣布第一次同時(shí)“聽到”和“看到”來(lái)自雙中子星并合的一次引力波事件。

　　美國(guó)“激光干涉引力波天文臺(tái)”（LIGO）執(zhí)行主任戴維·賴茨幾乎是一字一頓地宣布，人類——第一次——“看到”了兩顆中子星碰撞發(fā)出的引力波和光。

　　雙中子星即將碰撞時(shí)的神奇景象。（圖片來(lái)源：NASA）

　　就在10月3日，因?yàn)榘l(fā)起并領(lǐng)導(dǎo)LIGO項(xiàng)目，并因?qū)⒗碚摷皩?shí)驗(yàn)物理學(xué)應(yīng)用于宇宙研究領(lǐng)域做出的貢獻(xiàn)，三位科學(xué)家榮膺2017年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

　　“此次雙中子星并合發(fā)生在8月17日，科學(xué)家已經(jīng)找到了雙子星碰撞引力波及其光學(xué)對(duì)應(yīng)體，這個(gè)問題應(yīng)該大功告成了?！痹缭?0月3日諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)揭曉前，中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)副臺(tái)長(zhǎng)常進(jìn)告訴第一財(cái)經(jīng)記者。

　　距離8月17日引力波事件發(fā)生24小時(shí)后，中國(guó)南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3合作團(tuán)隊(duì)在中國(guó)南極昆侖站開展了有效的觀測(cè)，并探測(cè)到此次引力波事件的光學(xué)信號(hào)。

　　紫金山天文臺(tái)研究員、南極巡天望遠(yuǎn)鏡負(fù)責(zé)人王立帆向第一財(cái)經(jīng)表示，全球科學(xué)在引力波觀測(cè)上的合作，改變了傳統(tǒng)天文研究“單兵作戰(zhàn)”的模式，讓整個(gè)項(xiàng)目成為了全球聯(lián)合的“大科學(xué)項(xiàng)目”。

　　以后可能每天都有新發(fā)現(xiàn)

　　這次發(fā)現(xiàn)是由美國(guó)的LIGO和歐洲的室女座干涉儀（Virgo）引力波探測(cè)器，以及包括紫金山天文臺(tái)在內(nèi)的70個(gè)地面和空間望遠(yuǎn)鏡共同完成的。

　　8月17日北京時(shí)間20時(shí)41分04秒，由雙中子星并合產(chǎn)生的引力波被觀測(cè)到；在隨后的2秒鐘之內(nèi)，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的費(fèi)米（Fermi）伽馬射線衛(wèi)星和歐洲Integral衛(wèi)星都探測(cè)到了一個(gè)極其微弱的短時(shí)標(biāo)伽馬暴（即引力波）。之后的數(shù)小時(shí)至十幾天里，全球十幾臺(tái)天文設(shè)備對(duì)被命名為GW 170817的此次引力波事件開展觀測(cè)。

　　清華大學(xué)信息技術(shù)研究院LIGO科學(xué)合作工作組是此次中國(guó)唯一參與觀測(cè)引力波的團(tuán)隊(duì)。自2009年成為L(zhǎng)IGO科學(xué)合作組織正式成員以來(lái)，清華大學(xué)LIGO團(tuán)隊(duì)參與了迄今為止的所有引力波的發(fā)現(xiàn)。

　　清華大學(xué)信息技術(shù)研究院曹軍威、范錫龍和計(jì)算機(jī)系都志輝向第一財(cái)經(jīng)記者介紹，工作組近兩年來(lái)在引力波實(shí)時(shí)在線數(shù)據(jù)處理和多信使天文學(xué)方面展開了算法設(shè)計(jì)、性能優(yōu)化與軟件開發(fā)等方面的工作。

　　據(jù)透露，清華大學(xué)LIGO科學(xué)合作工作組的主要研究工作包括：構(gòu)建了“利用已知脈沖星群組性質(zhì)探測(cè)連續(xù)引力波”的方法，并利用該方法搜索信號(hào)；完善“貝葉斯多信使天文學(xué)框架”，并且用該框架研究引力波；進(jìn)一步優(yōu)化了GPU加速在線致密雙星并合信號(hào)搜尋程序流水線；探索深度學(xué)習(xí)在引力波實(shí)施數(shù)據(jù)分析中的應(yīng)用等。

　　曹軍威在清華大學(xué)的引力波發(fā)布會(huì)上對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“我們所做的工作是引力波上千人團(tuán)隊(duì)中的很小一部分。但目前這些工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和清華大學(xué)自主科研計(jì)劃的資助。”

　　他還說(shuō)，近年來(lái)，清華大學(xué)LIGO工作組積極參與引力波國(guó)際合作研究，與美國(guó)麻省理工學(xué)院、加利福尼亞理工學(xué)院、西澳大利亞大學(xué)、英國(guó)格拉斯哥大學(xué)等密切合作，積極參與國(guó)際第三代引力波探測(cè)器的研討。

　　曹軍威向第一財(cái)經(jīng)記者透露，未來(lái)引力波探測(cè)器的靈敏度會(huì)更高。他表示，至此，引力波探測(cè)器的第二次科學(xué)運(yùn)行已于8月25日結(jié)束，第三次科學(xué)運(yùn)行的啟動(dòng)要等到明年8月左右。這期間科學(xué)家將對(duì)引力波的探測(cè)設(shè)備再做升級(jí)，因此靈敏度會(huì)更高，大約提高8倍。

　　“原來(lái)每年只能觀測(cè)到幾次信號(hào)，以后可能每個(gè)月或者每天都能觀測(cè)到幾次。”曹軍威對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示，“到時(shí)候會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分析處理是否能夠跟上要求會(huì)是一個(gè)大的挑戰(zhàn)?！?/p>

　　人類開啟了引力波天文學(xué)和多信使天文學(xué)的時(shí)代，使得未來(lái)讓人期待。據(jù)曹軍威介紹，這次引力波事件中，科學(xué)家還探測(cè)到了一些尚未發(fā)布的內(nèi)容，將會(huì)在證據(jù)確鑿后逐一公布。

　　來(lái)自中國(guó)的“慧眼”

　　在此次引力波事件的觀測(cè)中，中國(guó)科學(xué)家也躋身前列，不僅包括一直在進(jìn)行積極探測(cè)引力波的清華大學(xué)LIGO工作組，中國(guó)的三大觀測(cè)“利器”亦參與其中，它們分別是南極巡天望遠(yuǎn)鏡、剛剛發(fā)射運(yùn)行的中科院“慧眼”天文衛(wèi)星和紫金山天文臺(tái)。

　　自北京時(shí)間8月18日21時(shí)起，中國(guó)南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3合作團(tuán)隊(duì)就利用正在中國(guó)南極昆侖站運(yùn)行的第二臺(tái)望遠(yuǎn)鏡對(duì)GW 170817開展觀測(cè)，一直持續(xù)到8月28日，其間獲得了大量的數(shù)據(jù)，并探測(cè)到了引力波事件的光學(xué)信號(hào)。

　　“本來(lái)巡天望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)都快結(jié)束了，因?yàn)榈仄骄€已經(jīng)非常低，不是最佳觀測(cè)角度了，但我們還是探測(cè)到了這次引力波的光學(xué)信號(hào)，而且我們提供的數(shù)據(jù)也是很有用的。”王立帆告訴第一財(cái)經(jīng)記者。

　　他對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者說(shuō)：“以前天文學(xué)家是孤獨(dú)的，沒有‘大同’，現(xiàn)在成立上千人的項(xiàng)目，這種方式對(duì)現(xiàn)代天文學(xué)的研究有重要的意義?！?/p>

　　王立帆還介紹說(shuō)，巡天光學(xué)望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)內(nèi)容非常廣泛，今年最重要的科學(xué)目標(biāo)和項(xiàng)目是觀測(cè)太陽(yáng)系外的類地行星，但目前還在研究階段。

　　邁入多信使天文學(xué)時(shí)代

　　人類歷史上第一次使用引力波天文臺(tái)和其他望遠(yuǎn)鏡同時(shí)觀測(cè)到了同一個(gè)天體物理事件，意義非凡。“科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了期待中的電磁對(duì)應(yīng)體，標(biāo)志著多信使天文學(xué)的開端，生逢這個(gè)時(shí)代真是無(wú)比幸運(yùn)，但這一切都還只是開始?！鄙虾Ｌ煳呐_(tái)副臺(tái)長(zhǎng)沈志強(qiáng)對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示。

　　什么是多信使天文學(xué)？打個(gè)比方，這就是宇宙級(jí)的“盲人摸象”。隨著科學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到在可見光之外，宇宙中還存在X射線、無(wú)線電波等看不見的電磁波。通過(guò)探測(cè)它們，可以觸摸到宇宙這只“大象”的另外一些方面。

　　GW 170817的警報(bào)發(fā)布時(shí)，其空間位置正對(duì)著澳大利亞的上方，但是南非和智利的望遠(yuǎn)鏡也同時(shí)在觀測(cè)。GW 170817被觀測(cè)到之后的10小時(shí)52分，Swope望遠(yuǎn)鏡在編號(hào)為NGC 4993的長(zhǎng)蛇座星系中觀測(cè)到明亮的可見光源，這是一顆衰變的富中子物質(zhì)產(chǎn)生的明亮的千新星，并形成了金和鉑等重金屬元素?？茖W(xué)家由此確定了GW 170817引力波事件發(fā)生在距離地球1.3億光年之外。

　　引力波和電磁波來(lái)自于兩種不同的機(jī)制，而現(xiàn)在引力波和電磁波鎖定了同一片天空區(qū)域，將不同的觀測(cè)聯(lián)系到了一起。引力波天文學(xué)為理解中子星的性質(zhì)提供了電磁天文學(xué)本身所不能實(shí)現(xiàn)的新機(jī)會(huì)。

　　“已知”中蘊(yùn)含“未知”

　　不過(guò)，“已知世界”中蘊(yùn)含著更多的未知。曹軍威舉例稱，在此次的引力波事件中就至少蘊(yùn)含著兩個(gè)未知事件，科學(xué)家仍然無(wú)法通過(guò)現(xiàn)有數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行判斷：其一，此次引力波究竟是兩個(gè)中子星的并合還是一個(gè)中子星和一個(gè)黑洞的并合其實(shí)是不得而知的，只是根據(jù)已知的中子星的質(zhì)量來(lái)推斷，科學(xué)家偏向于認(rèn)為是兩個(gè)中子星的并合；其二，是兩個(gè)中子星并合后的星到底是什么星。

　　英國(guó)格拉斯哥大學(xué)LIGO科學(xué)合作組織成員王毅熊（IkSiongHeng）對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“兩個(gè)中子星并合后，有三種可能性，第一一種是并合成一個(gè)黑洞；第二種是并合成一個(gè)較大的中子星，持續(xù)一段時(shí)間后，再變成黑洞；第三種是并合成中子星，但這種可能性不大。”

　　王毅熊表示，對(duì)于中子星的觀測(cè)開啟了引力波天文學(xué)。它所暗含的意思是，只要根據(jù)一個(gè)信號(hào)就可以知道中子星并合的頻率。人類每年可以看到320~4270個(gè)中子星并合事件。

　　“電磁波可以告訴我們中子星并合之后會(huì)發(fā)生什么，而引力波可以探尋本質(zhì)，告訴我們中子星并合本身的核心問題?！蓖跻阈芨嬖V第一財(cái)經(jīng)記者。

　　哈勃望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)到的中子星并合的光逐漸減弱。

　　LIGO科學(xué)合作組織成員、德國(guó)馬克斯-普朗克研究所（Max Plank Institutes）博士后張淵皞對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“LIGO現(xiàn)在還在升級(jí)，未來(lái)精度會(huì)更高，還會(huì)找到更多類似的引力波，并找到暫時(shí)還沒有發(fā)現(xiàn)的信號(hào)，比如尋找連續(xù)引力波、超新星爆炸，乃至于隨機(jī)背景和其他不確定形式的引力波?！?/p>

　　張淵皞還告訴第一財(cái)經(jīng)記者，隨著越來(lái)越多的信號(hào)被發(fā)現(xiàn)，它們可以用來(lái)對(duì)哈勃常數(shù)、星體演化做出更好的限制，而且將更好地檢驗(yàn)愛因斯坦的相對(duì)論，甚至發(fā)現(xiàn)新的理論。

　　“LIGO其實(shí)就是人類的一座更加先進(jìn)的天文臺(tái)，讓人類以更近的方式觀察宇宙。”張淵皞對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者說(shuō)。

　　Virgo合作組織成員、法國(guó)直線加速器實(shí)驗(yàn)室（LAL Orsay）的安迪亞（Sarah Antier）認(rèn)為，多信使天文學(xué)之所以能夠成為非常有前途的天文領(lǐng)域，是因?yàn)橹挥欣酶嗟男畔?，才能研究宇宙，比如天體的質(zhì)量和自旋等。

　　他對(duì)第一財(cái)經(jīng)記者表示：“中法兩國(guó)在觀測(cè)引力波方面的合作越來(lái)越緊密，全球科學(xué)家正在一起參與到引力波觀測(cè)盛宴中。