多信使天文學時代

最近的天文事件迎來了多信使天文學（通過光、粒子和引力波觀測同一現象的技術）時代。這些不同的信使各自攜帶著獨特的信息，所以將它們結合起來可以讓科學家洞悉某些最神秘的宇宙天體。（環球科學供圖/圖）

（本文首發于2018年5月24日《南方周末》）

通過光、粒子和引力波觀察同一天體，這種被稱為多信使天文學的方法為天文學家打開了解宇宙的新窗口。

美國東部時間2017年9月22日下午4:54，一個中微子突然現身在地球南極，質量近乎為零的它闖入了埋在南極冰蓋中的冰立方中微子天文臺的傳感器。這是個相當罕見的中微子，攜帶的能量超過了100萬億電子伏特，而地球上最強大的加速器，也只能讓粒子的能量達到這個數值的1/10。30秒后，冰立方的計算機發出了一條警報，內容包擴中微子的能量、時間和日期，以及它大致來自天空中的哪個位置。

在馬里蘭大學帕克分校，冰立方團隊成員埃里克·布勞富斯（Erik Blaufuss）通過短信收到了警報。他知道，能量這么高的粒子可能來自太陽系之外。布勞富斯在過去一年已經看到了大約10個類似的高能中微子，但是他想：“這是一個漂亮的粒子事件——讓我們把它公布出去吧。”晚上8：09，他在一個天文學通報網絡上發布了關于這個粒子的消息，這個粒子現在被稱為IceCube-170922A。冰立方有5000多個傳感器，用來搜尋中微子和冰中的原子相互作用時產生的閃光，追蹤閃光的路徑，得到粒子在天空中的原始位置。布勞富斯希望這則在晚上發出的消息可以“讓觀測者行動起來”，去觀察一下中微子來源所在的那塊天區。如果他們足夠幸運，他們可能會發現發出中微子的星系或其他天體。

天空中有各種各樣閃耀、爆炸、抖動或發光的事物，中微子只是其中之一。長期以來，天文學家所能觀測的主要是那些發光的天體。大約30年前，他們開始探測來自我們太陽系之外的中微子。而從2015開始，他們也能探測到引力波了。但是，把這些不同信號結合起來研究單個天體，即所謂的多信使天文學，主要還是最近的進展。

多信使天文學的一個巨大優勢是，與可以被反射、吸收并改變傳播方向、掩蓋來源信息的光不同，幾乎沒有什么東西能阻擋引力波或中微子。它們攜帶的信息是純凈的，這些信息以光速或接近光速的速度直線傳播。另一個好處是，引力波或中微子的源——碰撞的黑洞、塌縮的超新星或并合的中子星都是瞬變的、劇烈程度難以形容的奇異天體物理現象。它們中有些曾被預言存在，卻從未被觀測到，有的已被觀測到但還難以理解，還有的用其他任何方法都是看不到的。但是，有了更多的信使，天文學家有望最終理解這些復雜的現象。美國威斯康星大學麥迪遜分校的物理學家、冰立方項目負責人弗朗西斯·哈爾岑（Francis Halzen）說：“這些源很復雜，除非你能通過多種方式觀察它們，否則你是不可能搞清楚它們到底是怎么一回事的。”

多種信號同一個源頭

布勞富斯發出冰立方通報4天后，雨燕X射線空間望遠鏡（Swift Observat