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四个天文发现:GW170817(引力波),GRB170817A(伽玛暴)和SSS17a(千新星)以及确认它们的宿主星系NGC4993
加州理工学院 陈雁北
湖北第二师范学院 范锡龙
(排名不分先后,同等贡献,共同通讯)
2017年8月17日,12点41分20秒(UTC),也就是北京时间20点41分20秒,NASA的费米伽玛射线空间望远镜发出了一个GRB170817A的伽玛射线暴报警,这是一次到达时间在20点41分06秒的短伽玛射线暴。
绿色的轮廓是引力波探测对GW170817在天空中的定位(浅绿色的两个轮廓是LIGO的定位范围,而深绿色的轮廓是加入Virgo以后的定位范围),蓝色轮廓是伽马射线探测器对GRB170817A的定位。标有Swope的灰色插图是光学望远镜对SSS17a的定位,而标有DLT40的灰色插图是在事件前的对照,上面灰色图多出的小点是SSS17a,而两者都有的大黑点是NGC4993星系。
六分钟后,LIGO的实时数据分析程序也在Hanford观测站的数据中自动找到了可能对应于两个致密星体碰撞发出的引力波信号,引力波碰撞信号到达地球的时间是20点41分04秒,比伽马射线早约2秒。LIGO和Virgo团队的快速反应小组马上人工确认了信号具有高置信度,并且初步估计了信号在天空中的方位,与GRB170817A在误差范围内一致。非常幸运的是,刚上线不久的Virgo,虽然灵敏度尚赶不上LIGO,但是大大缩小了定位的误差。这个引力波事件被定名为GW170817。
1971年投入使用的Swope望远镜 (左)。该望远镜坐落于智利,是美国卡内基天文研究院的天文学家Henrietta Swope (1902-1980,右图) 捐资建造的。
很快,GRB70817A和GW170817 方位被发布给了早有准备的70多个天文学家团队。由于信号的位置正好在澳大利亚上空,而光学天文观测只能在夜晚进行,并且只能往天上看(但是引力波探测器则不受地球的遮挡),这就给了智利和南非的天文学家先机。结果,坐落在智利的Swope望远镜(一个1971年建造的,按照现在的标准不怎么起眼的1米口径望远镜)拔了头筹,率先在NGC4993星系附近发现了一个新出现的亮斑。这个光学瞬变过程,被定为SSSS17a。
NGC4993是德国天文学家Wilheml Hershel (1738-1822) 在1789年发现的。 该星系距离地球1亿3千万光年,方向上位于长蛇座。
在后续的几个星期里,天文学家们利用其他位于地面、空间和地下的天文观测站,在电磁波的各个波段 (从伽马射线、X光、紫外,红外,可见光,微波),以及利用中微子探测技术,对这个已经由三个独立运行的引力波观测站 (LIGO Hanford, LIGO Livingston和Virgo)、伽马射线,和可见光都探测到的天文事件进行了进一步详细的研究。
天文学家们认定,这是一次双中子星的碰撞事件。引力波GW170817的观测,让我们测量了两个中子星的质量。伽马射线暴GRB170817A,让我们认识到中子星碰撞后有物质被高速抛出;后续的紫外、可见和红外光学观测和不同谱段光强的分析,让我们初步确定发光来自于重元素的衰变,确立了SSS17a是一个千新星。X光和射电 (微波波段的无线电) 观测,让我们更好地了解了爆炸的能量,抛出物质的状况,以及爆炸周围的环境。
这样,天文学家们就初步确认了“短伽马射线暴”的物理起源,初步确认了中子星的存在并且了解了它的成分,而且对宇宙中重元素的起源,有了新的实验证据。通过对引力波强度的测量,我们独立测量了NGC4993这个星系和地球距离,对宇宙膨胀的速率,以及宇宙的年龄又多了一个独立的测量方法。通过对引力波和电磁波到达时间,我们对引力波的速度也有了新的测量。 |
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