追寻伴生信号,全球望远镜在行动

2017-10-17 13:23:34

来源:科技日报  选稿:顾天娇 

  位于西班牙拉帕尔马的引力波瞬态光学观测器将追踪引力波波源处的闪光。

  工程师们在南非天文台安装BlackGEM项目的原型。

  图片来源:《自然》杂志官网

  据英国《自然》杂志近日报道,目前,随着科学家捕捉引力波等天体现象的能力与日俱增,全球天文学领域掀起了一股风潮:一些小型天文台也在携手捕获引力波波源处的信号,包括电磁辐射甚至中微子在内的物质粒子等,弥补大型望远镜的不足,共同揭示宇宙隐藏的奥秘。

  直接瞄准波源

  这些设施的主要目标是,搜寻源于美国激光引力波干涉天文台(LIGO),或欧洲处女座(Virgo)引力波探测器探测到引力波之处的闪光信号。尽管这些小型望远镜常常预算有限,但它们仍然可以作为一线“哨兵”,冲在前面进行探测,提供独特的信息,弥补引力波探测器和其他大型天文学探测器的不足。

  俗话说,船小好掉头。这些小型望远镜能够快速移动,对准引力波波源,这一点非常关键。此外,在引力波波源处的闪光消散之前,天文台可能只有几天时间来对其进行研究。英国华威大学天文学和天体物理学小组的天文学家丹尼·斯蒂格斯说:“你需要查看天空很多地方,而且,你没有很多时间来做这件事情。”因此,小型望远镜就派上用场了。“一旦知道看向何处,我们就可以动员全世界的望远镜对准此处。”

  天空“巡视员”

  斯蒂格斯目前正领导一个英澳合作项目,目的是在西班牙拉帕尔马建造引力波瞬态光学观测器(GOTO)。这一观测阵列最初只有4台小型自动光学望远镜,但最终会增至8台甚至16台望远镜。迄今为止,这一项目的投资额已超过100万美元。

  而墨西哥国立自治大学的艾伦·沃特森和同事建造同类望远镜网络耗资更少。他们在塞拉利昂圣佩德罗马蒂尔建造的、只由一对机器人望远镜组成的十度瞬态光学成像仪,耗资仅35万美元。法国和澳大利亚随后可能会加入进来,望远镜的数目将增至6台。

  包括GOTO在内在建的一些小型望远镜网络专门为了追踪引力波信号,其中大多数是自动望远镜,在无人干预的情况下,这些设备会使用机器学习算法,发现“蛛丝马迹”后互相提醒,指向天空特定的区域,搜寻引力波波源处发出的闪光。

  而其他项目则从现有的合作项目脱胎而来,它们能非常熟练地搜寻到太空望远镜发现的可见光和伽马射线暴,也能娴熟地追踪其他转瞬即逝的现象,比如超新星爆发或与地球擦肩而过的小行星等。

  有些“大名鼎鼎”的望远镜则是“旧瓶装新酒”,翻修过后被派上了新用场,其中包括位于加州帕洛慕山天文台的埃德温·哈勃曾使用过的一台望远镜。这台1.2米望远镜目前已成为全球瞬变发生中继观测台(GROWTH)的一部分。GROWTH由位于全球各地的17台望远镜组成,能随着地球的不断旋转对某个天体进行持续无间断的追踪。

  荷兰内梅亨大学的天体物理学家保罗·格鲁特所在的团队,也是欧洲处女座引力波探测器团队的一部分。目前,格鲁特正领导一个由荷兰政府资助的项目BlackGEM。这一项目将由位于智利拉西拉天文台的3台望远镜组成,成本约为710万美元,它会持续不断地为南部天空拍照,积累图像数据库。如果科学家探测到引力波,BlackGEM将在数小时内扫描相关天体区域,自动将新获得的图像与历史图像进行比对,从而获得新发现。

  连成多信使天文网

  也有其他科学家借助小型望远镜追踪探索其他知名粒子,比如中微子或宇宙射线等。

  天体物理学多信使天文台网络(AMON)项目创建于2016年,目的是联合多种信使(光子、宇宙射线、中微子、引力波)的天文台建立一个共享、联合观测、实时联合分析网络。

  去年9月22日,AMON出师大捷,获得了重大发现——它对“冰立方中微子天文台”探测到的高能中微子作出了反应。冰立方中微子天文台是目前世界上最大的中微子观测台,永久性地深埋于坚实的南极冰层下,将会捕获灾难性的天体物理事件(如恒星爆炸和伽马射线爆发)中产生的难以捉摸的宇宙中微子。

  当时,在AMON研究人员查看中微子来源时,发现一个已知的类星体正在闪光。类星体由围绕一个位于遥远星系中央的超大质量黑洞旋转的炽热物质组成。理论学家认为,此类活动可能会生成过量中微子,但迄今为止,科学家还没有捕捉到源于此的高能中微子。

  未来,研究人员希望能同时探测电磁辐射、引力波以及物体粒子这3种信号。有科学家认为,这就好比一次让人们看见、“听见”,甚至“品尝”某个天文物理学事件,从而更好地揭示宇宙潜藏的秘密。

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