新華社洛杉磯１０月１７日電 特稿：從理論預(yù)言到南天觀測(cè)　中國助推天文學(xué)進(jìn)入全新時(shí)代

新華社記者郭爽

圖為2016年12月30日拍攝的南極巡天望遠(yuǎn)鏡AST3-2。新華社發(fā)（中科院南極天文中心提供)

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(gè)天文學(xué)界送上集體盛宴。多國科學(xué)家１６日同時(shí)宣布，人類第一次直接探測(cè)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(hào)，“多信使天文學(xué)”從此迎來全新時(shí)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(cè)，中國科學(xué)家正在成為前沿科學(xué)探索的生力軍。

中國科學(xué)家最早參與提出理論預(yù)言

美國《現(xiàn)代物理評(píng)論》１９５７年刊載的恒星物理學(xué)“地標(biāo)性”論文提出，伴隨溫度逐漸升高，恒星內(nèi)部會(huì)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(fēng)燭殘年，其內(nèi)部會(huì)生成鐵質(zhì)核心。而在演化末期，會(huì)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(xué)界已在２０世紀(jì)末對(duì)雙中子星合并議論紛紛，普遍認(rèn)為合并過程會(huì)拋射一些物質(zhì)出來，這些物質(zhì)以亞光速向外運(yùn)動(dòng)。但除了引力波輻射，人們對(duì)合并過程會(huì)產(chǎn)生什么樣的天文學(xué)現(xiàn)象并不十分清楚。

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

對(duì)于人類首次直接探測(cè)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(hào)的消息，現(xiàn)在在北京大學(xué)工作的天體物理學(xué)家李立新感到很欣慰，“但這仍不能被稱為對(duì)模型的最終佐證，我們還需要更多起碼這樣水準(zhǔn)的探測(cè)結(jié)果”。

中國望遠(yuǎn)鏡承載國際厚望

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

“雖然在這一事件中，全球天文臺(tái)都開展了觀測(cè)活動(dòng)，但是，在半年都是黑夜的南極，中國天文臺(tái)顯然具有更佳觀測(cè)條件，更適合承擔(dān)這類挑戰(zhàn)性任務(wù)。”曾與新科諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主巴里·巴里什共同執(zhí)掌ＬＩＧＯ項(xiàng)目的加里·桑德斯１６日接受新華社記者采訪時(shí)說。

探測(cè)到引力波源信號(hào)約１天后，中國在南極冰穹Ａ地區(qū)安裝的有效觀測(cè)口徑為５０厘米的南極巡天望遠(yuǎn)鏡就自動(dòng)開始觀測(cè)這個(gè)目標(biāo)源，最終得到了目標(biāo)天體的光變曲線，與理論預(yù)言高度吻合。澳大利亞天體物理學(xué)家、前美國國家光學(xué)天文臺(tái)臺(tái)長杰雷米·莫爾德說：“感謝中國南極望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)，正是其探測(cè)結(jié)果讓我們距離揭開雙中子星進(jìn)化之謎又近了一步。”

電磁波的余暉轉(zhuǎn)瞬即逝。“許多天文臺(tái)都需要等到另一個(gè)夜晚才能開始觀測(cè)，而中國的南極觀測(cè)就完全不同。”現(xiàn)任國際大型合作項(xiàng)目３０米望遠(yuǎn)鏡項(xiàng)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(cè)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(yuǎn)鏡，不僅可以快速捕捉到信號(hào)，還具有測(cè)量的能力，”桑德斯對(duì)記者說，“這是一項(xiàng)激動(dòng)人心的成就，它同時(shí)證明，中國在南極安裝望遠(yuǎn)鏡頗具成效，是值得的。”

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(yuǎn)鏡。迄今，由中國國家天文臺(tái)南極組自主研發(fā)的南極巡天望遠(yuǎn)鏡運(yùn)控系統(tǒng)已成功運(yùn)行幾年，實(shí)現(xiàn)了真正無人值守條件下帶有指向跟蹤的望遠(yuǎn)鏡全自動(dòng)運(yùn)行。

“中國有能力對(duì)南天發(fā)生的天文事件開展觀測(cè)，特別是基于南極的天文觀測(cè)。中國科學(xué)家開展了完整的科學(xué)分析，從能量衰變角度，支持了雙中子星合并引力波電磁對(duì)應(yīng)體的重大天文發(fā)現(xiàn)，”中國國家天文臺(tái)副臺(tái)長薛隨建說，“我們?cè)��?jīng)擔(dān)心自己仍會(huì)是局外旁觀者，但在這次劃時(shí)代的天文事件中，中國科學(xué)家的貢獻(xiàn)可圈可點(diǎn)。”

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

“隨著多信使天文學(xué)新時(shí)代的到來，更多激動(dòng)人心甚至完全不可預(yù)期的重大發(fā)現(xiàn)還會(huì)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(cè)設(shè)備的綜合能力，進(jìn)一步推動(dòng)天文學(xué)前往更新的時(shí)代。”