认识宇宙⑤探测引力波

    大家好，我是国家天文台的苟利军。我们上次提到，成功观测到来自于超新星1987A的中微子,预示着中微子天文学的开启。在中微子天文学开启的20多年之后，科学家们最近又迎来了一个全新的探测方式，那就是引力波。

    探测引力波

    1915年，爱因斯坦提出广义相对论。几个月之后的1916年，爱因斯坦对广义相对论的场方程做了简单假设之后，得到了一个描述时空振荡的波动解，这就是我们现在所知道的引力波。

    先是花费几十年的时间确认引力波真实存在，而后，在众多科学家的努力之下，时隔一个世纪之后，终于在2015年9月14日，美国的激光干涉引力波天文台LIGO，直接探测到了两个恒星量级黑洞合并时所产生的引力波，这个双黑洞系统位于13亿光年之外。因为双黑洞系统不会产生引力波之外的其他任何信号，所以引力波成为探测双黑洞系统的唯一利器。

    在此探测之后，又发现了其他几例双黑洞合并事件。不过天文学家更为期待另外一类合并事件，那就是双中子星合并。因为双中子星合并的时候，不仅仅会产生引力波，同时还会产生非常强的中微子和电磁信号，所以不仅仅能够被引力波探测器探测到，还可以被其他各类的望远镜同时探测到。

    中子星合并的数值模拟过程（来源：NASA）

    本来，科学家们估计这类信号只有等到2020年左右才能观测到。然而比较走运的是，在第一次探测到引力波之后大约两年，LIGO联合欧洲的引力波设备VIRGO，就探测到了双中子星合并的信号。这一次，地球上多达70多个不同类型的望远镜，都加入到了这场后续的观测当中。此次观测，不仅仅是发现了一些新的天文现象，更是帮助天文学家确认了一些悬而未决的理论模型。

    尽管LIGO已经探测到了多起引力波事件，但也仅仅是引力波频谱上非常小的一个范围。LIGO非常类似于当初的光学望远镜，而在LIGO探测范围之外，还有更广的其它类型的引力波需要人类去探索，也需要我们利用其它的方式去探测，比如中国的西藏阿里计划就是探测波长几乎是宇宙尺寸的原初引力波，它的探测方式就是利用原初引力波对于微波背景辐射的特定模式的偏振效应；另外，中国的FAST望远镜和由多个国家一起正在建设的平方公里阵，可以利用叫做脉冲星计时阵的方式来探测星系合并时所产生的引力波背景。

    四百多年前，光学望远镜出现。大约一百年前，人类开始逐步利用光学之外的一些电磁辐射,对宇宙进行研究。如今，我们已经能够对天体进行整个电磁频谱的观测研究。除此之外，一些新的探测方式的出现，比如中微子和引力波，无疑极大地丰富了我们的观测手段，让我们能够对某些天体或者现象，进行全面而深入的多方位研究。技术的进步，配以这些不同的探测方式，必然会将更多的宇宙奥秘带到我们面前。

    好了，有关探测宇宙的几次飞跃就讲到这里，以后有机会,再给大家讲讲其它有关宇宙和星空的有趣故事，谢谢大家收听。

    讲述人简介

    苟利军，国家天文台研究员，黑洞及其高能爆发现象研究团组负责人。中国科学院大学教授、北京市天文学会副理事长。2012 年入选中共中央组织部青年千人计划，2016年获得中国侨界个人贡献奖。

    本期编辑：小怪兽