北京时间10月16日22点，美国激光干涉引力波天文台（LIGO）和欧洲处女座引力波天文台（VIRGO）联合全球数十家天文机构举办新闻发布会，宣布于2017年8月17日首次发现双中子星并合引力波事件（GW170817）。该引力波事件源于双中子星并合的确认关键在于随后进行的电磁波对应体观测确定了引力波源的距离，并发现其光学和红外波段的电磁辐射与1998年李立新和Bohdan Paczynski预言的中子星并合电磁辐射特征非常符合。

中子星并合的电磁辐射模型最早由现任职于北京大学科维理天文与天体物理研究所的李立新教授和美国普林斯顿大学Bohdan Paczynski教授于1998年合作提出，当时李立新是普林斯顿大学的博士研究生。他们在发表于美国《天体物理学杂志》的文章中指出，两个中子星并合会抛射出一些以亚相对论速度向外运动的物质，这些物质包含大量不稳定的富中子元素。这些放射性元素通过蜕变等核反应过程释放大量的能量来驱动抛射物的膨胀并照亮周围的环境。根据他们的理论计算，中子星并合所产生的光学和紫外波段电磁辐射的亮度可与超新星相比，但持续时间只有几天时间。

继李立新和Paczynski教授的研究之后，很多学者（包括北京大学特聘教授张冰领导的团队）对他们的模型进行了完善和改进，并使用强大的数值模拟手段来研究中子星并合的物理过程。研究表明决定中子星并合产生的电磁辐射总亮度和光子能量分布区间的一个关键参数是并合过程抛射物的不透明度。如果不透明度足够大，辐射会主要集中在光学和近红外波段，亮度也要比超新星暗，但比普通新星还是要亮1000倍左右。中子星并合产生的电磁辐射现象，通常被称作巨新星（macronova）或千新星（kilonova）。李立新和Paczynski教授在1998年的研究工作首次预言了巨新星/千新星的存在。

关于中子星并合的理论研究已经有半个世纪左右的历史。根据恒星演化理论和广义相对论，中子星并合现象在宇宙中一定存在并且是重要的引力波源之一，是宇宙中重元素金、银等的重要产生机制，并且很可能是短时标伽马射线暴的物理起源。直到李立新和Paczynski教授在1998年的研究之后，人们才找到了直接观测中子星并合现象的方向，因为在那之前人们不知道中子星并合过程产生的电磁辐射究竟有多亮，辐射的光子能量在什么范围，以及辐射所持续的时间有多长。

2013年，英国天文学家Tanvir等人首次通过哈勃望远镜对伽马射线暴GRB130613B余晖的观测发现了巨新星的迹象。随后，我国紫金山天文台范一中研究员领导的研究团队系统分析了过去10年短时标伽马射线暴的余晖数据，再度发现两例巨新星候选体。

直到2017年的8月17日，人们才发现了中子星并合和巨新星的最强和最直接的观测证据——同时发现了双中子星并合产生的引力波、短时标伽马射线暴和对应的巨新星，以完备和精确的观测数据证明了巨新星的存在，并且与19年前李立新和Paczynski教授所作的理论预言相符合。这次的观测之所以能如此成功并取得举世瞩目的突破性成果，除了和观测对象距离地球很近从而易于得到精确的数据有关之外，也和成功的国际合作密不可分。在LIGO和VIRGO观测到引力波信号后的几秒钟之内，美国的Fermi伽马射线卫星和欧洲INTEGRAL卫星都探测到一个暗弱的短时标伽马射线暴，随后全球有几十台天文设备对其进行了跟踪观测。这其中包括我国的慧眼硬X射线卫星和南极巡天望远镜。这是迄今为止对一个天文现象最成功的多波段观测之一，从引力波、伽马射线到光学、红外和射电波段，都得到了很好的观测数据。无疑，有了这些高质量的观测数据才使得精确的理论分析成为可能。

李立新表示：“中子星并合和巨新星的发现无疑是激动人心的，然而对我们理论的最终验证需要更多的观测证据。我们还有很多工作要做。”

延伸阅读：

李立新，Bohdan Paczynski, “Transient Events from Neutron Star Mergers”, 1998, Astrophysical Journal Letters, 507, L59

编辑：白杨