两颗中子星合并成一次千新星。（来源：Robin Dienel 的插图，由卡内基科学研究所提供） 数亿年来，在一家不算太遥远的星系中，两颗城市大小的恒星在致命的舞蹈中彼此绕行。它们的尺寸很小，但每一颗都比我们的太阳重。它们是中子星——巨大恒星爆炸成超新星后留下的坍缩核心。它们越转越近，耗散引力能量，直到恒星以接近光速的速度运行，每秒完成 100 次轨道。那时，恐龙统治着地球，第一批花朵才刚刚绽放。1.3 亿年前，这段舞蹈结束了。碰撞是快速而剧烈的，很可能催生了一个黑洞。一股震动——引力波——被发送到时空的结构中。随着恒星的外层物质被抛入太空，这种力量形成了一个巨大的亚原子粒子云，这些粒子会冷却成相当于地球多倍的黄金、铂和铀。几秒钟后，一阵高能伽马射线——能量最强的光——穿透了喷发出的云层。时空涟漪和光线一起穿越宇宙，并于 8 月 17 日上午 6:41 东部时间到达。引力波首先到达意大利刚刚完工的 Advanced Virgo 探测器，然后在美国的两个 LIGO 站点拉伸和压缩激光。两秒钟后，NASA 的伽马射线探测器 Fermi 探测到了这次爆炸。在此后的几周里，来自七大洲的数百名天文学家将他们的望远镜和航天器对准了这场宇宙碰撞，以各种光线——无线电、红外、光学、紫外线、X 射线、伽马射线——来观察。斯皮策（Spitzer）和哈勃（Hubble）太空望远镜仍在观测该事件，新墨西哥州的甚大阵列（Very Large Array）也是如此。现在，这是天文学上最盛大的表演。“这次令人惊讶的是，它离我们非常近，因此信号非常强烈，”威斯康星大学密尔沃基分校的 LIGO 科学家 Jolien Creighton 说。“我们估计，以我们 Advanced LIGO 的全部灵敏度，我们可能每几年就能看到一次这样的事件。”
来自地球各地地面观测站（约 70 个）以及少数几颗轨道太空望远镜都捕捉到了这次中子星合并。（来源：LIGO 和 Virgo 合作组织）2016 年 2 月，LIGO 宣布他们首次探测到引力波，这距离阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）预测这些事件是他的广义相对论理论的结果几乎正好一个世纪。天文学家表示，最初的探测就像第一次听到宇宙的声音。他们希望获得下一次突破——同时听到和看到宇宙，即所谓的“多信使天文学”。现在，这一刻已经到来。多信使时代“这是真正意义上的第一个多信使天文学，”卡内基天文台的天文学家 Josh Simon 说。“引力波可以发现一些用电磁光永远看不到的东西，反之亦然。这种结合应该能让我们深入了解这些极端天体。”这次中子星的碰撞也开启了科学上的许多第一次。周一早上的新闻发布会概述了即将出现在科学期刊上的数十篇研究论文——主要发现论文拥有令人惊讶的 3500 名合著者。这些发现包括：
第一次同时看到光和引力波；
第一次观测到中子星合并；
第一次确定引力波的已知位置；
最好的迹象表明，携带引力的粒子——引力子——没有质量，就像光子一样。
哇。
卡内基天文台的斯沃普（Swope）望远镜是第一台以光学方式成像中子星合并的望远镜。这是智利拉斯坎帕纳斯天文台（Las Campanas Observatory）一台小型、已有几十年历史的望远镜。（来源：Ryan Foley）
卡内基天文台的斯沃普望远镜是第一台以光学方式成像中子星合并的望远镜。这是智利拉斯坎帕纳斯天文台一台小型、已有几十年历史的望远镜。（来源：Ryan Foley）一场对光子的竞赛 瑞安·福莱（Ryan Foley）和他的搭档在 8 月 17 日那个爆炸性的日子里，漫步在哥本哈根历史悠久的蒂沃利游乐园。他们已经在丹麦参加了一个为期一个月的引力波会议，但福莱，一位来自加州大学圣克鲁兹分校的天文学家，还没有来得及好好游览一下。本应是放松的日子；一条短信改变了一切。发短信的是福莱的研究生大卫·库尔特（David Coulter）。LIGO 探测到了一个双中子星合并——费米（Fermi）航天器也探测到了。福莱说，他确信他的学徒在第一天休假时在跟他开玩笑。毕竟，就在一周前，福莱在一个年轻研究人员的房间里，在详细介绍他计划使用地面望远镜捕捉任何 LIGO 检测到的中子星合并事件时，表现得很悲观。
当你职业生涯中最大的科学发现发生时。 #wubbalubbadubdubhttps://#/nsyAdnGtx5pic.twitter.com/7KiYHz1KLN
— 加州大学圣克鲁兹分校 (@ucsc) 2017 年 10 月 16 日
福莱离开了游乐园，骑自行车冲回了校园。如果这确实是真的，那么只有几个小时的准备时间，然后天黑后，他在智利，那里他的卡内基天文台团队在一台名为斯沃普（Swope）的 45 年历史的小型望远镜上获得了观测时间。由于信号来自靠近太阳的天区，因此只能在日落后的一小段时间内可见。他们将与世界各地的天文台展开一场竞赛。潜在的回报：诺贝尔奖。https://youtu.be/blkzghYmX_c 库尔特开始根据 LIGO 的估计，列出大约 100 个可能的星系目标。与此同时，福莱打电话给两位同事——卡内基天文台的天文学家乔什·西蒙（Josh Simon）和本·夏皮（Ben Shappee），他们当晚各自操作着两台 6 米的麦哲伦望远镜。“当发生大事时，你会用尽一切人脉，”福莱说。“你只有一次机会，要么看到它，要么它就消失了。”与此同时，在圣克鲁兹，团队成员查理·基尔帕特里克（Charlie Kilpatrick）下载了他们目标星系的图像。这三台望远镜会快速对每个星系进行成像，并将数据发送回加州。在那里，基尔帕特里克会将新图像与现有图像进行比较，寻找宇宙爆炸的迹象。天黑后仅仅 20 分钟，斯沃普望远镜就用它的第九张图像找到了宝藏。“找到了一个东西，”基尔帕特里克在 Slack 群组消息中输入。在 NGC 4993 星系中出现了一个巨大的亮点。“哇！”福莱回复道。
光学成像发现团队的天文学家使用 Skype 和 Slack 跨越三个大陆进行通信，同时对天空进行成像。（来源：Ryan Foley）灯光、摄像、行动 随着目标星系逐渐接近地平线，夏皮和西蒙各自将他们巨大的望远镜对准目标，以捕捉其光谱——这是天文学家捕捉物体化学指纹的方法。望远镜操作员通常不让他们的仪器指向如此低的位置，因为担心过度旋转而损坏它们。夏皮一直观测到麦哲伦望远镜自动关闭。“我从未见过望远镜指向如此接近地平线，”威斯康星大学密尔沃基分校的天文学家大卫·卡普兰（David Kaplan）说。这也很幸运。其他望远镜当晚也捕捉到了这个事件，但福莱的团队捕捉到了唯一的光谱。这些数据被发送给了卡内基天文台的玛丽亚·德劳特（Maria Drout），她在半小时内处理了这些数据，发现了一个前所未见的光谱。
银河系的所有黄金
你和我、我的宠物狗、砸到艾萨克·牛顿（Isaac Newton）头上的苹果——我们都由在超新星中产生的物质构成，而超新星在大约每世纪发生一次。我们是标准的恒星物质。但超新星只产生少量重元素，比如你婚戒上的黄金和铂，或者世界领导人总是在争夺的铀。那么，所有这些重物质是怎么来的呢？“我们在宇宙中知道我们来自哪里，”哥伦比亚大学的天文学家布莱恩·梅茨格（Brian Metzger）说。中子星合并是最有力的候选者。梅茨格预测这些碰撞会形成“千新星”，一种比标准新星亮 1000 倍的事件。其他天文学家也表明，这些千新星可以产生大量的最重元素。问题是，从未有人亲眼见过。因此，几十年来，一个基本问题困扰着天文学家。“是普遍发生的事情产生少量？还是稀有事件产生大量？”卡普兰说，他是周一发表在《科学》（Science）杂志上的研究论文的合著者。这个答案在 8 月 17 日揭晓。
两颗碰撞的中子星的艺术家插图。（来源：NASA/Swift/Dana Berry）到了福莱的团队捕捉到碰撞的第一张照片时——仅仅 11 小时后——物质云已经扩展到像海王星离我们太阳那么远。这些亚原子粒子随着向外膨胀而冷却，并开始结合成越来越重的元素。参与周一宣布的天文学家表示，这次中子星合并产生了相当于 10 到 100 倍地球质量的黄金。根据中子星碰撞的频率，科学家们可以推断出，在银河系中大约应该有 1 亿倍地球质量的黄金。“这基本上是一种将中子星的物质转化为黄金的方式，”梅茨格说。“不仅是黄金，还有铂、铀以及元素周期表中你能看到的任何底部元素。”考虑到这次碰撞发生在 1.3 亿年前的另一个星系，所有这些重元素很可能已经与星际气体云混合，这些气体云将有一天形成像我们这样的新太阳系。而在地球上，这一事件解决了数十年的科学争论。“至少对于最重的元素来说，这个问题已经尘埃落定，”福莱说。多信使天文学才刚刚开始。当 LIGO 在又一轮升级后于明年重新上线时，科学家们预计每月能看到一次这样的合并。在未来几年，这个数字可能会增长到每周一次——尽管天文学家不指望会有更多中子星如此近距离地合并。“我们开创了一个新的天文学领域，”福莱说。“人类一直在行走，能够看到宇宙，但听不到它。现在我们两者兼得。”他还补充说：“很难预测这个领域将走向何方，但我现在可以告诉你，它将是非凡的。”
