物理系王晓锋课题组在参与的双中子星并合引力波事件的观测研究中取得重要成果

 

2015年LIGO成功探测到双黑洞并合产生的引力波,进一步验证了爱因斯坦广义的相对论,也标志着天文学研究新时代的开始,这一巨大成就获得了2017年诺贝尔物理学奖。而引力波电磁对应体的探测不但能直接证实引力波的存在,更为了解致密天体并合的物理过程提供至关重要的线索,是具有更重大意义的发现。在2017年8月17号,LIGO/Virgo探测器探测到双中子星并合产生的一次引力波信号(GW170817),引力波源的位置被初步确定在距离约1.3亿光年,范围为31平方度的宇宙空间。随后全球近70家天文台和望远镜在该天区开展了与引力波成协的电磁信号的紧张搜寻和多波段后续观测(见图1),并最终被多台望远镜成功捕捉。

 

图1 左:引力波源GW170817以及其电磁对应体的多波段观测时间列表。右:清华大学参与建设的南极巡天望远镜(AST3-2)以及该望远镜在不同时间获得的GW170817 的光学信号。

 

物理系王晓锋课题组在这次引力波电磁对应体的观测研究中也取得了重要成果。在GW170817引力波触发后的11.3小时,该课题组参加的MASTER巡天项目在NGC4993透镜星系中成功找到了这次双中子星并合的光学波段信号(见图1左下角), 是国际上最先找到的巡天项目之一,为后续多波段观测提供了基础。同时,他的课题组还参加了以国内研究团队为主的南极巡天望远镜项目(AST3-2)对GW170817的光学信号的跟踪观测,并在南极的极端观测条件下获得有效的观测数据(见图1右上角)。上述观测数据帮助揭示此次双中子星并合抛射出约1%太阳质量(超过3000个地球质量)的物质,这些物质以0.3倍的光速被抛到星际空间,抛射过程中部分物质核合成形成比铁还重的元素(如金),揭示了宇宙超重元素的起源。双中子星并合爆发产生的能量比普通新星(白矮星的吸积爆发)爆发的能量高1000倍左右,因而又被称作“千新星”(Kilonova),是极为罕见的天文现象。    

王晓锋课题组参加的与GW170817引力波成协的中子星并合事件的观测研究工作,目前已发表多篇学术文章,其中2篇发表在国际著名的天体物理学快报(ApJ Letter),1篇发表在科学通报(Science Bulletin),另有1篇发表在澳大利亚的PASA期刊。    

值得一提的是,清华大学是南极AST3-2望远镜的主要建设方以及主要科学参与方,前期主要利用该望远镜开展时变天体的搜寻和观测研究工作。目前,王晓锋课题组负责的清华大学多镜筒望远镜项目(得到马化腾基金支持)进展顺利,有望在新一轮的引力波电磁对应体的搜寻和观测研究上发挥重要作用。

 

发表和接收的文章链接如下:

  1. http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa91c9/pdf (2017, ApJ, 848, L12)  

    Multi-messenger Observations of a Binary Neutron Star Merger

  2. http://lanl.arxiv.org/abs/1710.05461  

    MASTER optical detection of the first LIGO/Virgo neutron stars merging GW170817(2017, ApJ Letter, accepted)

  3. http://lanl.arxiv.org/abs/1710.05846  

    Follow up of GW170817 and its electromagnetic counterpart by Australian-led observing programs (2017, PASA, accepted)

  4. http://doi.org/10.1016/j.scib.2017.10.006 (2017, Science Bulletin, accepted)  

    Optical Observations of LIGO Source GW 170817 by the Antarctic Survey Telescopes at Dome A, Antarctica