新華社洛杉磯１０月１７日電特稿：從理論預言到南天觀測　中國助推天文學進入全新時代

新華社記者郭爽

在１．３億光年外的長蛇座ＮＧＣ４９９３星系，一例雙中子星合并事件，為整個天文學界送上集體盛宴。多國科學家１６日同時宣布，人類第一次直接探測到來自雙中子星合并產(chǎn)生的引力波以及伴隨的電磁信號，“多信使天文學”從此迎來全新時代。

在這一國際合作探索過程中，中國不是旁觀者。從最早參與提出理論模型到南極天文觀測，中國科學家正在成為前沿科學探索的生力軍。

中國科學家最早參與提出理論預言

美國《現(xiàn)代物理評論》１９５７年刊載的恒星物理學“地標性”論文提出，伴隨溫度逐漸升高，恒星內(nèi)部會先后發(fā)生氫核聚變、氦聚變等現(xiàn)象，并生成多種元素。到恒星的風燭殘年，其內(nèi)部會生成鐵質(zhì)核心。而在演化末期，會發(fā)生超新星爆發(fā)，并產(chǎn)生中子星和重金屬。

盡管天文學界已在２０世紀末對雙中子星合并議論紛紛，普遍認為合并過程會拋射一些物質(zhì)出來，這些物質(zhì)以亞光速向外運動。但除了引力波輻射，人們對合并過程會產(chǎn)生什么樣的天文學現(xiàn)象并不十分清楚。

當時正就讀于美國普林斯頓大學的年輕中國學生李立新在１９９８年與波蘭天體物理學家博格丹·帕琴斯基率先合作提出中子星合并模型，并推導出相關(guān)電磁輻射的解析公式。此后，世界各國科學家展開大量工作，不斷完善和豐富這一模型。

對于人類首次直接探測到來自雙中子星合并產(chǎn)生的引力波以及伴隨的電磁信號的消息，現(xiàn)在在北京大學工作的天體物理學家李立新感到很欣慰，“但這仍不能被稱為對模型的最終佐證，我們還需要更多起碼這樣水準的探測結(jié)果”。

中國望遠鏡承載國際厚望

美國“激光干涉引力波天文臺”（ＬＩＧＯ）于８月１７日捕捉到編號為ＧＷ１７０８１７的引力波信號后，全世界的望遠鏡都爭相對準了１．３億光年外的源頭。設(shè)在世界各地的傳統(tǒng)望遠鏡從伽馬射線、Ｘ光、可見光、紅外和射電波等波段分別觀測，最終確認這一信號來自何方。

“雖然在這一事件中，全球天文臺都開展了觀測活動，但是，在半年都是黑夜的南極，中國天文臺顯然具有更佳觀測條件，更適合承擔這類挑戰(zhàn)性任務?！痹c新科諾貝爾物理學獎得主巴里·巴里什共同執(zhí)掌ＬＩＧＯ項目的加里·桑德斯１６日接受新華社記者采訪時說。

探測到引力波源信號約１天后，中國在南極冰穹Ａ地區(qū)安裝的有效觀測口徑為５０厘米的南極巡天望遠鏡就自動開始觀測這個目標源，最終得到了目標天體的光變曲線，與理論預言高度吻合。澳大利亞天體物理學家、前美國國家光學天文臺臺長杰雷米·莫爾德說：“感謝中國南極望遠鏡的探測，正是其探測結(jié)果讓我們距離揭開雙中子星進化之謎又近了一步?！?/p>

電磁波的余暉轉(zhuǎn)瞬即逝?！霸S多天文臺都需要等到另一個夜晚才能開始觀測，而中國的南極觀測就完全不同?！爆F(xiàn)任國際大型合作項目３０米望遠鏡項目經(jīng)理的桑德斯告訴記者。

中國成為前沿天文探索生力軍

盡管中子星在宇宙中很常見，但中子星合并不算特別常見的現(xiàn)象，探測到這一宇宙現(xiàn)象并不容易。依照莫爾德的說法，中子星合并現(xiàn)象的發(fā)生次數(shù)約為中子星數(shù)量的１０％。

“中國在南極安裝的望遠鏡，不僅可以快速捕捉到信號，還具有測量的能力，”桑德斯對記者說，“這是一項激動人心的成就，它同時證明，中國在南極安裝望遠鏡頗具成效，是值得的?！?/p>

在南極，目前只有中國在冰穹Ａ地區(qū)和歐洲在冰穹Ｃ地區(qū)安裝了望遠鏡。迄今，由中國國家天文臺南極組自主研發(fā)的南極巡天望遠鏡運控系統(tǒng)已成功運行幾年，實現(xiàn)了真正無人值守條件下帶有指向跟蹤的望遠鏡全自動運行。

“中國有能力對南天發(fā)生的天文事件開展觀測，特別是基于南極的天文觀測。中國科學家開展了完整的科學分析，從能量衰變角度，支持了雙中子星合并引力波電磁對應體的重大天文發(fā)現(xiàn)，”中國國家天文臺副臺長薛隨建說，“我們曾經(jīng)擔心自己仍會是局外旁觀者，但在這次劃時代的天文事件中，中國科學家的貢獻可圈可點。”

今年早些時候，中國宣布將在南極冰穹Ａ地區(qū)再安裝兩臺望遠鏡，一是２．５米昆侖暗宇宙巡天望遠鏡，二是５米冰穹Ａ太赫茲探測器，旨在打開地球上獨一無二的天文觀測新窗口。莫爾德認為，建成后的這兩臺望遠鏡將成為世界上強大的遠程控制天文臺。

“隨著多信使天文學新時代的到來，更多激動人心甚至完全不可預期的重大發(fā)現(xiàn)還會不斷涌現(xiàn)，”薛隨建說，“我們還要不斷致力發(fā)展和提升天文觀測設(shè)備的綜合能力，進一步推動天文學前往更新的時代?！保ㄍ辏?/p>