多信使天文学时代

最近的天文事件迎来了多信使天文学（通过光、粒子和引力波观测同一现象的技术）时代。这些不同的信使各自携带着独特的信息，所以将它们结合起来可以让科学家洞悉某些最神秘的宇宙天体。（环球科学供图/图）

（本文首发于2018年5月24日《南方周末》）

通过光、粒子和引力波观察同一天体，这种被称为多信使天文学的方法为天文学家打开了解宇宙的新窗口。

美国东部时间2017年9月22日下午4:54，一个中微子突然现身在地球南极，质量近乎为零的它闯入了埋在南极冰盖中的冰立方中微子天文台的传感器。这是个相当罕见的中微子，携带的能量超过了100万亿电子伏特，而地球上最强大的加速器，也只能让粒子的能量达到这个数值的1/10。30秒后，冰立方的计算机发出了一条警报，内容包扩中微子的能量、时间和日期，以及它大致来自天空中的哪个位置。

在马里兰大学帕克分校，冰立方团队成员埃里克·布劳富斯（Erik Blaufuss）通过短信收到了警报。他知道，能量这么高的粒子可能来自太阳系之外。布劳富斯在过去一年已经看到了大约10个类似的高能中微子，但是他想：“这是一个漂亮的粒子事件——让我们把它公布出去吧。”晚上8：09，他在一个天文学通报网络上发布了关于这个粒子的消息，这个粒子现在被称为IceCube-170922A。冰立方有5000多个传感器，用来搜寻中微子和冰中的原子相互作用时产生的闪光，追踪闪光的路径，得到粒子在天空中的原始位置。布劳富斯希望这则在晚上发出的消息可以“让观测者行动起来”，去观察一下中微子来源所在的那块天区。如果他们足够幸运，他们可能会发现发出中微子的星系或其他天体。

天空中有各种各样闪耀、爆炸、抖动或发光的事物，中微子只是其中之一。长期以来，天文学家所能观测的主要是那些发光的天体。大约30年前，他们开始探测来自我们太阳系之外的中微子。而从2015开始，他们也能探测到引力波了。但是，把这些不同信号结合起来研究单个天体，即所谓的多信使天文学，主要还是最近的进展。

多信使天文学的一个巨大优势是，与可以被反射、吸收并改变传播方向、掩盖来源信息的光不同，几乎没有什么东西能阻挡引力波或中微子。它们携带的信息是纯净的，这些信息以光速或接近光速的速度直线传播。另一个好处是，引力波或中微子的源——碰撞的黑洞、塌缩的超新星或并合的中子星都是瞬变的、剧烈程度难以形容的奇异天体物理现象。它们中有些曾被预言存在，却从未被观测到，有的已被观测到但还难以理解，还有的用其他任何方法都是看不到的。但是，有了更多的信使，天文学家有望最终理解这些复杂的现象。美国威斯康星大学麦迪逊分校的物理学家、冰立方项目负责人弗朗西斯·哈尔岑（Francis Halzen）说：“这些源很复杂，除非你能通过多种方式观察它们，否则你是不可能搞清楚它们到底是怎么一回事的。”

多种信号同一个源头

布劳富斯发出冰立方通报4天后，雨燕X射线空间望远镜（Swift Observat