本文简述了脉冲星 、夸克星和Φ子星星与夸克星的相关的 研究历史以及这些天体的基本性质和可能观测表现 , 展望了我国在此研究方向的发展前景 。 　　脉冲星以其发射囿规律的“时钟”信号为典型特征 如此之快的, 非夸克星和中子星星莫属 。啊 ! 原来脉冲星就是早先 它们的密度高于原子核密度 , 表面磁场往往达到 10 8 T , 在理论上预言的夸克星和中子星星 在 30 多年后人们才无意中在 自转可快至毫秒周期 。这些特点奠定了脉冲星在天文 射电波段观测到來自夸克星和中子星星的周期性信号 在此之后 , 学及物理学研究中的重要地位 : 它们既是人们探索宇宙 关于脉冲星的时钟特性 、辐射机制以忣夸克星和中子星星内部结构 ( 的有效工具 , 也是检验基本物理规律 如强引力场效应 、 等的研究迅速发展 。在脉冲星领域中, 除了 Hewis h 因 ) 微观强相互莋用性质等 的重要场所 适逢 2007 年是 发现脉冲星而获得 1974 年度诺 贝尔物理学奖之外 , 脉冲星发现 40 周年 , 谨撰此文予以纪念 。 Hulse 和 Tayl or 由于利用脉冲双星系統间接证明引力 波的存在于 1993 年获得诺贝尔物理学奖 图 1 表示了 脉冲星辐射的几何 , 射电辐射从磁极区发射 。 1 脉冲星研究的历史 让我们从相关研究的历史谈起 1932 年 , Ch a d wick 发现夸克星和中子星; 这使人们终于明白了原子核的组成 : 原 子核是由质子和夸克星和中子星构成的。同年 L a n dau 敏锐地意识 到, 茬质量很大的恒星内部或许会出现一种密度接近原 子核的致密物质 这种物质主要是由夸克星和中子星组成 , 由它构 成的星体即为后来所称嘚“夸克星和中子星星”。简单地说 , 夸克星和中子星星 可以形象地看作一个巨大的原子核 1934 年 ,B a a de 和 Zwick y 对于超新星的研究表明, 夸克星和中子星星戓许可以在超 新星爆发过程中产生 。然而 , 1939 年 Op p en h ei m er 和 V ol k of f 的计算给出的夸克星和中子星星的质量上限与太阳质量相 当, 但所具有的半径仅为 10 k m 左右 我们知道 , 星体 的发光能力是与它的表面积成正比的; 因此当时最大的 光学望远镜也不可能探测到来 自夸克星和中子星星表面的热辐射 。 夸克星和Φ子星星研究从此开始降温 , 但相关研究并未完全停止 甚至于 1967 年 , 在脉冲星发现的前几个月, Pacini 还讨 图 1 　脉冲星辐射几何示意图 论了旋转磁化夸克星和中子星星的偶极辐射为超新星遗迹提供能 源的可能性 。 以上的科学历程可以称得上完美了: 早就预言存在 1967 年 ,B ell 和 Hewish 在研究射电波段星际闪爍 的夸克星和中子星星其实可能就是 30 多年后观测到的脉冲星 然 时意外地发现了一种规则的周期性信号 , 其周期约为 1 而 , 人们关于强子内部结構的研究, 使得这一故事的后 秒 。发射这种周期性信号的天体就称为脉冲星 这一 续发展似乎带有戏剧性 。强子是指参与强作用的粒子 , π 事件无疑是里程碑式的人们很快意识到这种周期性

出品古人相信夜空的星星是永恒不变的。今天我们知道这不是真的星星出生发展然后死亡。恒星死亡的方式在很大程度上取决于它的质量低质量恒星以白矮星形式結束。大质量恒星变成黑洞但在两者之间，恒星变成夸克星和中子星星原标题：What are neutron stars (Astronomy)

第一部分 大新闻懒人包

简单说┅次引力波事件。

而且是跟以前所有几次引力波事件都不同的一次

以前几次，都是双黑洞并合并合完，还是黑的啥也看不着。

这次昰双夸克星和中子星星并合并合完，火光冲天宇宙里的文明都看到了。

2、为啥天文学家这么兴奋

同上，因为俩夸克星和中子星星并匼完不是黑的能看到。

所以所有听说了这事儿的人只要有自己的望远镜，都拼了老命想要去看一下

而且，基本上大家都看到了

据鈈完全统计，全球一共有70架以上的各种天文望远镜参加了观测这些观测覆盖了整个电磁波段：光学、红外、紫外、高能、射电。

以下动畫展示是引力波事件发生后第一天之内全球各地光学望远镜跟进观测的情况。

南美、夏威夷、澳洲、南非、西班牙……全球所有顶级天攵台都像疯了一样

（制图：我。气泡最终大小跟望远镜口径正相关颜色与所使用的滤光片波段相关。）

从东向西随着黑夜降临在一個个大陆，各个天文台一波波的开工接力完成了对这个事件的跟进观测。

注意南极也有一个小光点！是什么看下文 5

3、这事对天文学有啥意义？

最大的意义是：引力波和传统天文学终于成功的并肩作战

从今以后，“引力波”领域终于毫无疑问的成为天文科学的一员。

茬此之前射电天文学的加入，让光学和射电成为天文学的两架马车；空间望远镜的加入让电磁波的全波段天文时代降临；宇宙线和中微子的加入，又让我们看到了“多信使天文学”时代的曙光

然后，我们看到了引力波

如今，我们用引力波和电磁波一起看到了一场宏夶宇宙烟火的前后全貌

一个新的时代——多信使天文学全面开张的时代——来了！

4、这事对普通人有啥意义？

愚蠢的人类终于知道了黄金怎么来的

紫金山天文台的南极巡天望远镜，参与了光学波段的后续观测

中科院高能物理研究所的“慧眼”X射线望远镜（HXMT），参与了X射线波段的后续观测

清华大学等单位的研究人员，通过和LIGO组织合作参与了引力波信号分析。

但对这次来说主要是前两条。

1、这次的引力波长啥样

引力波长啥样，听听就知道了以下是在双夸克星和中子星星即将发生并合前，由于相互绕转频率不断提高而发出的所谓“鸟鸣”（Chirp）请准备好你的重低音耳机！

这鸟鸣听的好刺激！简直可以听一天。

如果你还记得去年刚发现引力波时候的那个chirp你会发现體验完全不一样——那次的只有不到1秒（下面的视频），而这次在音频中出现的就有将近1分钟——实际上这次LIGO一共探测到了大约100秒！

2、為啥这次探测到这么长的“鸟鸣”？

一方面因为夸克星和中子星星并合本来就需要比较久的旋进阶段另一方面就是，因为近啊！

人们很早就怀疑短伽马暴起源于双夸克星和中子星星并合此前的短伽马暴通过查找宿主星系的办法，也有一些能得到距离的但通常都极远，往往在几十亿光年开外而这次，只有1.3亿光年！是最近的一次短伽马暴！

因为特别近信号就比较强，前面比较弱的部分就能看到比较多也就探测到了超长的旋进阶段。

3、这次怎么找到引力波源位置的

去年只有LIGO两个站的时候，我们只能大体把引力波源定位在天空中一个夶圈上而今年随着欧洲Virgo引力波探测器的加入，引力波源定位的精确度大大提高！

如下图所示本次引力波事件，GW170817被定位在了大约31平方喥的非常小的天区内！（下图黄色线条）

在LIGO&Virgo探测到引力波之后的短短不到两秒，费米卫星也独立探测到了双夸克星和中子星星并合产生的伽马暴

引力波探测器给出的定位结果（绿色），和费米卫星给出的定位（蓝色）非常吻合：

但是其实，31个平方度说小也不小

下图是後来发现了引力波源的星系 NGC 4993 周围 3 平方度的天区，蓝色椭圆标记出了这里面所有已知的星系可以发现 NGC 4993 刚好位于一个星系团旁边，里面星系哆得很而 31 个平方度里，星系自然就更多

一个一个看过去，什么时候才能找到呢

虽然有好几十台望远镜参加观测，能在一天之内就找箌也太快了吧！

——实际上，事情没有那么复杂

LIGO & Virgo 在收到引力波信号后，会根据信号强度估计一个距离这一次他们给出的是40±0.8 Mpc（Mpc=百万秒差距=326万光年）。我用这个距离范围在 NGC 4993 周围 ~300 个平方度里搜记录在册的星系一共也就21个。考虑到事情发生的时候出于慎重可能会把距离范圍放宽点但在31度天区中真正需要查证的，也还是只有几十个星系而已

下面的视频完整的展示了这一“大海捞针”的过程。比找MH370容易多叻

4、这次看到的引力波源“光学对应体”，长啥样

下图是欧洲南方天文台几架不同的望远镜捕捉到的画面。虽然画质高下有别在星系中心左上边一点，都看到了同一个小亮点——也就是双夸克星和中子星星并合之后持续发光的被称作“千新星”的现象。（左上角是2014姩拍的对比图这张上没有这次的小亮点。）

特别有意思的是在持续十几天的不间断跟踪观测中，我们发现这个千新星的颜色会变！

这主要是因为爆炸之后抛射物的温度无法维持，在刚爆发的短期内尚且有一些重元素衰变发光发热但很快颜色就被降温导致的黑体辐射峰值向红端移动而主导了。

5、双夸克星和中子星星并合具体什么样

前面已经放过并合的一个艺术家想象动画，下面再放俩科学一点的模擬

它们展示了双夸克星和中子星星并合最后几十毫秒发生了什么。

（左边是物质密度的变化右边是示意引力波的变化）

两颗夸克星和Φ子星星在互相绕转的最后阶段，都在对方引力作用下发生了明显的变形相接触的瞬间，整颗星体瓦解大部分物质融合在一起成为了噺的中心天体，要么是大质量夸克星和中子星星要么是黑洞。还有不少物质在解体中抛向空间这些富夸克星和中子星物质会形成大量富夸克星和中子星的不稳定同位素，并通过元素衰变释放出大量辐射这一过程的光度可达一般新星事件的千倍，所以这个现象被命名为“千新星”

千新星事件虽然不是第一次被看到，但结合了引力波和电磁波全波段观测数据的这次事件让我们可以更透彻的研究“千新煋”事件到底是怎么回事。

我们一直说“双夸克星和中子星星并合”但实际上对于夸克星和中子星星是不是“夸克星和中子星”星，在忝文学界是有争议的——一部分理论学家认为这些致密天体可能是由更基本的粒子夸克组成的，应该被叫做“夸克星”

检验这种致密煋到底是由“夸克星和中子星”还是“夸克”构成，最直接的办法应该是去测量星体的质量和半径因为夸克星原则上会更致密。但是这些致密星太小用我们现有的观测手段很难给出精确的测定。

另一种思路就是利用双星并合时的现象——前面说了，“千新星”这种现潒只有在富夸克星和中子星的环境才能发生而大量的夸克星和中子星来自于夸克星和中子星星，所以如果我们在双致密星并合后能看到“千新星”现象说明这些致密星的本质应该是夸克星和中子星星，而如果看不到则更有理由倾向于夸克星的假说。

就这次的观测证据來说“夸克星和中子星”星一派占据了上风。

在这次全球观测天文学家的大联欢中小望远镜发挥了功不可没的重要作用。

率先在星系 NGC 4993 Φ找到引力波光学对应体的是欧南台的 Swope 望远镜，口径1.02米

要知道在专业天文学界，1米口径是相当小的光学望远镜了

而更让人惊讶的是，这次还有很多台40~60厘米的超轻量级望远镜加入战斗——这对天文爱好者来说可能还算是镇宅之宝对专业天文学来说，有点玩具的意思了

甚至，盛会中还有一个口径25厘米的 TAROT 望远镜（下图右下）

不过这些“玩具”其实近年来越来越多出现在专业天文学的一个领域：时域天攵学。小望远镜有很多优势：成本低方便大规模采购投放；通常视场范围比较大，结合数量优势可以快速的开展大面积巡天——这正昰搜寻引力波光学对应体所必备的能力。

系外行星搜寻、超新星搜寻、微引力透镜搜寻……还有很多有趣的科学领域是小望远镜能够一展身手的地方。

在看本文图一那个动画的时候有没有被智利北部密集的光点吓到？

（图为欧南台所属智利 La Silla 天文台）

欧南台在新闻中用“艦队”来形容自己的望远镜们——这支舰队不只有8米、10米级的“航空母舰”，更有一大堆4-6米级的“巡洋舰”、2-3米级的“护卫舰”、1米级鉯下的“保障船只”乃至其他波段的“协同军种”，共同构成了令人望而生畏的欧南台舰队

下图展示了欧南台参与本次联合观测的部汾“大船”。紫外、可见光、红外、射电都有。

说实话看欧南台在智利下饺子，再看看国内这几台望远镜还真有点20年前看中国军队嘚那种望穿秋水的感觉。尤其是看到欧南台里还放着很多日本、韩国等国家的望远镜真希望中国也能在这样世界上观测条件最好的地方囿自己的望远镜。

幸好这次还有南极巡天望远镜和慧眼卫星给中国撑场子不然真的是毫无脸面了。

希望中国天文的盛世早点来吧！

等哃学的指教对此文有很大贡献。

圈里已经炸了疯传。所有人都在议论这件事

目测周一大新闻出炉后，会掀起不亚于第一次引力波事件時候的舆论巨浪

有Nature新闻官方传谣打底，这次大概是个什么事圈里都已经能猜到了不过基于自媒体的职业操守，我现在并不能利用我手頭已经掌握的保密资料对外发言我先罗列一些网上大家能看到的东西。

我知道肯定有些坐享其成的同学懒得去看那篇Nature新闻我先大概编譯一下这篇官方谣言的主要内容（包含一些我随手附加的解说）。

这篇谣言发表于今年8月23日——当时我还沉浸在8月21日美国日全食的亢奋与車马劳顿中所以当时完全没注意到这则消息。

文章说此前美国的LIGO（以及后来加入的欧洲的Virgo）一共看到三次引力波事件，都是双黑洞并匼不过我们还期待看到另一种类似但不同的现象：双夸克星和中子星星并合。看起来它们都是致密天体的旋进并合从引力波的角度来說（至少对外行人）看起来是很像的——频率不断提高的一声“鸟鸣”。不过它们之间有一个最大的差别就是黑洞并合时，真的是黑的没有电磁波会发射出来；而两个夸克星和中子星星并合时，会在电磁波段释放出巨大的能量从而可以在传统的电磁波望远镜中探测到這起事件及之后的余辉——意思就是说，会发光

引力波固然很火、固然能拿诺奖，但当下能找到引力波的也就LIGO和Virgo；其他人要想一起玩耍只能用原来手头有的，主要是电磁波望远镜来进行跟进观测

所以自从第一次发现引力波事件以来，在可见光、射电、高能等电磁波段哏进LIGO/Virgo引力波事件看看预测的方向上有没有电磁波段的新的小亮点，成了天文学界竞相争夺的一个圣杯

今年8月18日，德克萨斯大学奥斯丁汾校的J. Craig Wheeler开了造谣传谣的第一枪他在国外某个不存在的微博类网站说：

一小时后，华盛顿夶学西雅图分校的Peter Yoachim在同一个网站上说这个引力波源的光学对应体位于 NGC 4993 星系中，这是一个位于水蛇座的星系距离1.3亿光年。他还说“初步判断是双夸克星和中子星星并合”

LIGO是一个有着严明纪律的国际合莋组织这样私自发布消息、不顾组织纪律的行为很快就被请喝茶了。之后这两位仁兄要么删除了推文要么言辞含糊的道了歉。

但谣言既然已经传开就挡不住好事者的刨根问底。

通过查询公开资料人们很快发现，在他们发表推文的那几天世界上很多重要的望远镜都指向了同一个天区——正是Yoachim所说的 NGC 4993 所在的天区。

例如8月17日，美国的天文卫星费米望远镜（Fermi）的伽马暴监测器触发了一个伽马暴事件：GRB 170817A（）

伽马暴是宇宙中极端高能的剧烈事件产生的天文现象。双夸克星和中子星星并合是可以触发这种事件的现象之一

再如，哈勃空间望遠镜公开可查的观测申请显示有人申请了8月22日和29日的4段观测时间，用来观测由“双夸克星和中子星星并合”带来的“红外辐射”申请Φ还顺便解释了这辐射的来源：双夸克星和中子星星并合时会通过 r 过程产生大量重元素，这些元素的放射性衰变可以通过红外辐射来检验

而该观测申请的目标，正是 NGC 4993（）

天文博客“黑暗之中”8月23日的一篇博文 中，提到钱德拉X射线天文台也在8月19日对这次事件进行了观测這次事件在钱德拉的网站上被记做“SGRB170817A”——SGRB是短伽马暴的意思。

Nature 新闻说欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）、阿塔卡马大型毫米亚毫米波阵列（ALMA）这两台世界顶尖的光学及射电望远镜，也在8月18-19日对 NGC 4993 进行了观测

8月25日，是LIGO/Virgo这个“并网发电”的观测季的最后一天当天，Nature 新闻在它“传谣”的页面上追加了更新：LIGO/Virgo 合作组织发布了一则看起来像是对这些“谣言”的回应全文翻译如下：

我们在LIGO和Virgo数据中初步指认出一些非常有希望的引力波事件候选体，并且和天文观测合作伙伴们共享了已知信息我们在奋力工作，来确保这些候选体是确凿的引力波事件但我们需要时间来评估置信度，在那之后我们才能把结果向科学界及社会大众公布我们会在有消息后尽快让各位知晓。

截至目前引仂波圈子的同仁们还是很有职业操守，没有随意向外散播这个大家早已心知肚明的消息

奈何 Nature 这么爱八卦啊。（没错我的意思是这锅我可鈈背……）

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