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3、已解之惑與未解之謎

此前，無論是對于中子星本身，還是雙中子星合并產生的伽瑪暴，我們還有很多的疑難問題有待解答。雙中子星合并之后，產生的是轉速更快的中子星還是黑洞？有多少物質會在爆發中被拋射出去？噴流的機制和噴流的夾角是怎樣的？我們都還不能確定。

此外，到目前為止，科學家對于中子星內部的組成和結構仍不是特別清楚。而當兩個中子星互相靠近但未合并之時，兩個中子星會被彼此的潮汐力拉扯嚴重變形，從而最終影響旋近的速度，也會影響產生的引力波波形。所以，科學家們希望，引力波和電磁波的聯合觀測能夠對這些問題提供一部分珍貴的答案。

遺憾的是，受限于目前引力波探測設備的靈敏度，引力波信號曲線并不是很好，所以對于有關內部結構的問題并沒有得到解答。但是，對于部分合并之后拋出了多少物質的問題，我們已經初步有了答案。值得驕傲的是，這一答案是由一部參與觀測的中國望遠鏡給出的。（答案后文馬上揭曉）

雙中子星合并之后是產生了中子星，還是產生了黑洞？現在依然無法確定。因為通過引力波波形的擬合，合并后的質量約為2.74太陽質量。從理論上說，如果一個天體的質量超過3個太陽質量，通常會被認為可以成為黑洞。而中子星的最大允許值并不明確，如果中子星的內部由中子構成，綜合考慮狀態方程和轉速，要想達到2.74個太陽質量不太可能。然而如果內部由其他的奇異物質（比如夸克）構成的話，在一定條件下，這個質量的天體就有一定可能性，此時這一天體應該被稱為“夸克星”。不過，目前所有觀測都沒能給出中子星和黑洞的臨界質量，當然也沒能給出夸克星存在的證據。從觀測的角度而言，我們觀測到的最重的中子星大約是2個太陽質量，最小質量的黑洞質量是5個太陽質量；在這兩者之間，一片空白，還未發現任何致密天體的質量屬于這個范圍。所以，對于此次雙中子星合并產生的2.74個太陽質量的天體，盡管我們還不能確定它到底是什么，但是這一發現填補了黑洞和中子星之間的空白，為日后更多的天文發現掀起了帷幕的一角。

圖7：目前所探測到的黑洞和中子星質量分布圖，可以看到兩者之間存在一個很大的空白，此次探測是第一個填進此空白區域的天體。

盡管科學家們沒有看到中子星內部信息，也不知道最終的合并物是什么，但眾多后續電磁觀測還是告訴我們了一些之前不太確定的信息，比如甚大望遠鏡（VLT）的光譜觀測確認了重金屬（比如我們熟知的金銀等元素）的來源，大多數就是在中子星合并的過程當中產生的。

圖8：元素起源表。黃色代表了并合中子星所產生的元素，我們常見的金銀就是通過此過程產生的。

之前科學家曾在短時標伽瑪暴中探測到了3起疑似千新星事例，但只不過是在余輝的光變曲線當中看到了幾個數據點而已。因為此次由于距離很近，而且伽瑪暴余輝很弱，所以完全確認了千新星的存在。另外，通過對于其光變曲線演化的擬合可以推斷，大約有百分之一的物質在合并過程中被拋射出去。

除此之外，電磁信號和引力波信號的結合對于天文學理論本身有何促進意義呢？一方面，科學家可以通過這兩個信號到達的時間差，來檢驗愛因斯坦的弱等效原理，這是愛因斯坦廣義相對論和其它引力理論的基石，愛因斯坦的理論再一次通過了檢驗。

另外，引力波信號和電磁信號相結合，可以對宇宙學的一些最基本參數做出限制，比如用來描述宇宙膨脹快慢的哈勃常數。通過引力波的振幅比對可以推斷出系統到我們的光度距離，通過電磁波段的光譜分析，我們便可以知道這一系統的紅移；在給定兩者的情況之下，我們便能夠推算出哈勃常數的數值了：

相較于來自普朗克衛星的數值：

很明顯，引力波給出的數值誤差很大。但可以預見的是，隨著探測精度的提高（除LIGO/VIRGO之外，日本臂長為3公里的KAGRA探測器也開始測試，LIGO-India以及很多的第三代引力波探測器在計劃之中）以及探測到的引力波源數目的增多，這個誤差很快將得到改進。

此次引力波現象發生在南天的長蛇座，北天的望遠鏡很難看到，所以中國的大多數望遠鏡沒能進行觀測，比如剛剛建成的FAST以及很多光學望遠鏡（云南麗江的2.4米望遠鏡和國家天文臺興隆觀測站的2.16米光學望遠鏡等）。

不過幸運的是，中國有兩臺望遠鏡參與了此次觀測，一個是位于南極Dome A的50厘米的南極光學巡天望遠鏡（AST3），項目的負責人是紫金山天文臺的王力帆研究員。在引力波源信息發布的約一天后，AST3望遠鏡開展了對于這個目標源的觀測。而當時南極的冬天也剛剛過去，目標天體的地平高度較低，受于太陽的限制，每天差不多有2個小時左右的觀測時間。此望遠鏡最終進行了10天的觀測，最終得到了目標天體的光變曲線，與巨新星理論預測高度吻合。

另外一個參與觀測的是硬X射線調制空間望遠鏡（又名慧眼）。在觀測消息發布時，事件剛好在其觀測范圍之內，不過很遺憾的是，盡管慧眼是此能段內靈敏度最高的觀測設備，但是未能在0.2-5 MeV的能段內探測到任何電磁信號，這很可能與此伽瑪暴并非完全正對我們有關。

這是人類歷史上第一次同時探測到引力波及其電磁對應體，將成為引力波天文學上另外一個非常重要的里程碑。此次探測為我們解答了一些疑惑，同時也提出了更多問題，與歷史上所有天文發現一樣，是人類好奇心的勝利與新起點。在多信使引力波天文學時代的帷幕由此拉開之后，我們相信，在人類團結協作的力量之下，更多的宇宙奧秘將被一一揭曉。

圖9：（左）南極巡天望遠鏡AST3; （右）硬X射線調制望遠鏡。

特別致謝：寫稿過程當中，許多老師提供了信息并對部分疑問做了耐心解答，在此特別感謝。

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