正文
图1 双中子星并合过程中的物质抛射和喷流形成数值模拟[2]
图2 双中子星并合后发出短伽玛暴和巨新星辐射的示意图
与以上期待高度关联的一个事情是，持续时间小于2秒的短时标伽玛射线暴（short gamma-ray burst）被普遍认为可能起源于中子星-中子星或中子星-黑洞的并合[3,4]。因此，人们不仅期待探测到与中子星并合相关的引力波事件，还更期待引力波和短伽玛暴的成协观测。一旦实现，天文学就算是真正跨进了多信使研究（即电磁波、引力波、中微子、宇宙线等多种观测手段相结合的天文研究）的新时代，更将确凿无疑地解决短伽玛暴起源这一几十年来悬而未决的天文难题。
不过，短伽玛暴的辐射被普遍认为发自于一个处于高度相对论性运动的喷流（图1、图2），因而辐射具有高度的方向性，只有当其以较小的概率指向地球时才能被看到。比如，对于较为典型的10度喷流半张角，辐射指向地球的概率仅为1.5%。据现有观测样本计算，短伽玛暴的本地观测事件率约为4Gpc-3yr-1[5]。而与此同时，因为中子星的质量存在上限，中子星并合所发出的引力波幅度也要比双黑洞并合小得多。所以，估计即使在aLIGO达到最佳探测能力的情况下（2020年左右），也只能探测到约200—400Mpc（约6-12亿光年）距离以内的中子星并合事件[6]，这一距离在宇宙学尺度上看并不显得很大。因此，人们原先预计，引力波和短伽玛暴成协观测的机会并不大，需要几年后才能达到每年看到0.1—1次的水平。当然，这个概率对于科学研究而言，其实也是很值得期待的。如果考虑到短伽玛暴的光度下限可能低于目前的估计值以及如果每个短伽玛暴都有更大张角的延展辐射的话，观测机会还会适当提高。
在伽玛暴研究领域，我国天文学家在已故陆埮先生的引领下，从上世纪90年代开始，在中心能源机制、余辉辐射机制、宇宙学应用等诸多方面取得了一系列具有重要国际影响力的研究成果。其中针对短伽玛暴，南京大学和紫金山天文台的研究团队通过分析它们的余辉耀发和平台辐射，在国际上率先提出了双中子星并合可能形成大质量中子星的观点[7,8]，有望获得引力波探测的检验。
图3 短伽玛暴GRB 130603B的多波段余辉和可能的巨新星辐射信号[11,12]
除短伽玛暴之外，另一种备受瞩目的引力波电磁对应体是巨新星或称千倍新星（macronova/kilonova）。当两个致密天体在相互旋近和并合时，由于潮汐和吸积盘风等作用，有大约千分之一到百分之一太阳质量的物质会被高速抛射出来，并具有近似各向同性（见图1）。这些富中子化的抛射物质将能够通过快中子俘获过程有效合成大量重元素（质量数A>130），是宇宙中合成超重元素的大熔炉。这些重元素的衰变进而将加热抛射物使其发出明亮的可见光及近红外辐射[9]。这一天文现象的理论构想最早由普林斯顿大学的李立新（现为北京大学教授）和Bohdan Paczyński在1998年提出[10]。这是一种非常特殊的天文现象，目前仅有少量疑似观测。首例可能的候选体由哈勃望远镜在2013年6月从短伽玛暴GRB 130603B的余辉观测中发现[11,12]（图3），之后我国紫金山天文台的研究团队又从短伽玛暴的历史数据中发现了两例可能的事例[13,14]。
巨新星辐射还可能受到并合产物的影响，特别是对于双中子星的并合，并合后的产物有可能是一颗处于极限旋转状态的大质量中子星。基于此，华中师范大学研究小组和美国内华达大学拉斯维加斯分校研究小组一起提出了由新生中子星供能的并合新星（mergernova）概念，即新生中子星通过自转能损为并合抛射物注入可能远超过放射性的能量，从而可使巨新星辐射显著增强[15,16]。北京师范大学研究小组进而在短伽玛暴的余辉数据中寻找到了一些可能的并合新星候选体[17,18]。最近，厦门大学研究小组还探讨了黑洞中心能源对巨新星辐射的可能影响[19]。
一言以蔽之，一旦引力波和巨新星成协观测获得成功，那将首先确证巨新星这一重要理论预言、揭示一种全新的天文现象，其次将为解决宇宙中重元素的起源问题奠定基础，再次将为中子星的内部物态提供强烈限制，最后还可通过巨新星的红移测定解除若干引力波参数的简并，发挥一箭四雕的作用。
对于满怀着美好憧憬的天文学家而言，任何有关中子星并合引力波探测的风吹草动，都无不牵动着他们敏感的神经。前不久的传言中，不仅是LIGO首次探测到了双中子星并合的引力波，居然还同时由Fermi卫星看到了与之成协的短伽玛暴，甚至还有多架望远镜看到了巨新星。可以说，在这个传言中，天文学家所期待的所有美好的愿望都在瞬间实现了，这个消息完美得超乎想象，怎能不令人心潮澎湃。而今，伴随着国际各大天文机构的频频动作，传言成真似乎呼之欲出。
当然，也许天文学家们并没有多少时间可以沉浸在这种美好的幸福当中，因为这种幸福显然也带来了新的困惑、挑战以及机遇。一方面，这么完美的观测似乎来得太快太突然了，这本身就是一个需要严肃对待的问题。LIGO这么快在近距离上探测到双中子星并合，就意味着中子星并合的事件率可能比原先最乐观的估计还要高。而在这个距离上看到短伽玛暴，更是一个大大的意外。这些将迫使重新审视对短伽玛暴爆发率、光度函数、辐射角度分布等的原有认识。不过，另一方面，如果传言属实，倒也给了天文学家极大的信心和勇气去监测、捕捉更多的引力波电磁对应体，这将是一大片有待开发的富饶的新天地。最后，针对巨新星的观测，因为距离近，也将比以往看到的任何一次疑似观测都要丰富得多得多，值得天文学家们忙活好一阵了。
