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人类首次探测到引力波电磁对应体,南京大学参与探测

发布时间:2017-10-17 13:16来源:未知
  引力波是当物质的分布随时间发生变化时产生的“时空涟漪”。1916年,爱因斯坦的广义相对论预言了引力波的存在。根据广义相对论,物质“告诉”时空怎样弯曲,而时空“告诉”物质如何运动。当物质的分布随时间而变化时,就有可能产生引力波这种“时空涟漪”。2016年2月11日,美国地基先进激光干涉引力波天文台(LIGO)宣布探测到来自双黑洞并合的引力波辐射,一举证实了广义相对论给出的黑洞和引力波两大预言。2017年10月诺贝尔物理学奖授予LIGO的三位奠基者,Rainer Weiss,Barry C. Barish和Kip S. Thorne。2017年8月17日LIGO和意大利VIRGO共同探测到的引力波事件GW 170817,是人类首次直接探测到的双中子星并合产生的引力波事件。在引力波并合信号发生后的1.7秒,美国宇航局的Fermi伽玛射线卫星和欧洲的INTEGRAL卫星都探测到了一个极弱的短时标伽玛暴,被命名为GRB 170817A。这是人类首次将电磁波信号与引力波信号毫无疑义的联系在了一起,以此为标志正式开启了包括引力波、中微子、电磁波、宇宙线等多种手段联合探索宇宙的崭新时代。 南京大学利用985经费参与建设的南极巡天望远镜AST3在南极冰穹A开展了GW 170817的观测。这是一个由紫金山天文台南极天文中心领导、国内多家单位参与的联合项目。AST3望远镜位于南极大陆的最高点冰穹A,其地理纬度为-80度22分,是全球首个在南极运行的全遥控望远镜。从北京时间8月18日夜晚21:00,观测一直持续到了8月28日。天文学院周济林课题组张辉副教授、梁恩思博士参加了观测。天文学院戴子高教授、博士生刘良端和肖笛博士与紫金山天文台吴雪峰研究员利用千新星(kilonova)的半解析模型拟合了AST3 的观测数据。发现这次双中子星并合产生约1%太阳质量并以大约光速的30%快速运动的抛射物,相当于抛出超过 3000 个地球质量的富含中子的物质,这些物质通过快中子俘获过程,核合成重元素,部分形成比铁还重的超重元素。AST3的观测数据与国际其它望远镜探测得到的数据一起,对我们认识双中子星并合的物理过程提供了非常重要的信息。 
 图1南京大学985经费参与建设的AST3望远镜在南极现场

  利用AST3望远镜,我们还开展了太阳系外行星探测。通过昆仑站的CSTAR(口径为14.5公分的中国之星望远镜阵列)和AST3-2望远镜在2008、2016及2017年的观测,南京大学周济林课题组的张辉副教授以及前博士生王松虎先后发现了100余颗高置信度的系外行星候选体,其中6颗已经基本被证认。这也是国际上首次在南极天区批量发现系外行星候选体,极大地提升了中国在太阳系外行星观测方面的国际影响力。

 图 2. AST3-2对TESS南天目标区域的扫描观测。在这个TESS重点覆盖天区内,AST3-2的测光精度达到了0.001星等,并找到了100余个太阳系外行星候选体。


  目前南京大学天文学院在国家“双一流”建设的支持下,正在西藏阿里地区建设“南京大学时域观测天文台(TiDO)”。在2017年底TiDO即将投入巡天观测,届时也将开展引力波光学对应体、系外行星搜寻、超新星爆发和黑洞潮汐撕裂事件等前沿天文观测。
 
 图3 这是南京大学团队发现的一个系外行星候选体的凌星信号以及其与恒星的大小、距离示意图。