多信使天文学是基于针对各种不同的“信使”（messenger）信号的、相互协作的天文观测和解释的一种天文学。行星际探测器可以造访太阳系内的天体，但是如果超出了这个范围之外，那么信息就只能依赖“系外信使”了。四种系外信使包括：电磁辐射、引力波、中微子，以及宇宙射线。它们是由不同的天体物理过程产生的，因此揭示了有关产生这些现象的源头的不同的信息。
一般认为，太阳圈（日球层）以外的主要的多信使源主要包括致密双星（黑洞和中子星）、超新星、不规则中子星、伽马射线暴、活动星系核、相对论性喷流[1][2][3]。下表列出了几种不同类型的事件，以及预期的信使。
如果发现了某种信使而没有同时发现另一种，也会揭示一些信息[4]。
| 事件类型 | 电磁辐射 | 宇宙射线 | 引力波 | 中微子 | 事件举例 |
|---|---|---|---|---|---|
| 太阳耀斑 | 有 | 有 | - | - | SOL1942-02-28[5] |
| 超新星 | 有 | - | 预测[6] | 有 | SN1987A |
| 中子星合并 | 有 | - | 有 | 预测[7] | GW170817 |
| 耀变体 | 有 | - | - | 有 | TXS 0506+056 |
观测网络
1999年在布鲁克黑文国家实验室建立的、并从2005年开始自动运行的“超新星早期预警系统”（SNEWS），结合了多重中微子探测器来产生超新星告警。
2013年建立的天体物理学多信使天文台网络（AMON）[8][9]，是一个更大并更具雄心的项目，目的是为早期观测的数据分享提供便利，并鼓励对“亚阈值”事件进行搜寻——这些事件对于任何单个设备来说都不易察觉。该网络的总部位于宾夕法尼亚州立大学。
里程碑
- 20世纪40年代：一些宇宙射线被确定为是在太阳耀斑中形成的。[5]
- 1987年：超新星SN1987A所发射中微子，被神冈NDE-Ⅱ、IMB、巴克桑中微子天文台一同探测到——比光学天文望远镜发现该超新星所发出的光要早了好几个小时。
- 2017年8月： NGC 4993星系发生了一次中子星相撞事件，产生了引力波信号GW170817，这个信号被LIGO/Virgo协作行动观测到。在1.7秒后，费米伽马射线太空望远镜和国际伽玛射线天体物理实验室（INTEGRAL）发现了伽马射线暴GRB 170817A。11小时后，智利的拉斯坎帕纳斯天文台发现了光学信号SSS17a，随后，哈勃太空望远镜和暗能量相机也发现了它。尼尔·格雷尔斯雨燕天文台发现了紫外线信号，而钱德拉X射线天文台则发现了X射线信号，卡尔·G甚大天线阵发现了射电信号，对此次观测进行了补充。这是首次出现的、与相关电磁信号同时被发现的引力波事件，因此对于多信使天文学来说是一个重大突破。[10]而未观测到中微子的原因则被归结为喷发方向极度离轴。[11]在2017年12月9日，天文学家们报告了一个来自GW170817/GRB 170817A/SSS17a方向的亮度增加的X射线发射。[12][13]
- 2017年9月 (2018年7月对外公布)：在9月22日，冰立方协作组织记录了一起极高能量（约290太电子伏）中微子事件，命名为“冰立方-170922A”[14][15][16][17]。该组织向合作机构发出预警，寻求可能的来源。费米大面积望远镜（LAT）协作组织发现了大约100兆电子伏的伽马射线[18]，而神奇伽马射线望远镜（MAGIC）协作组织则发现了来自耀变体 TXS 0506+056的介于100~400吉电子伏之间的伽马射线[19]。两起事件分别在9月28日和10月4日被上报，并且被认为与中微子信号的位置一致[20]。这些信号可以被解释为是超高能量的质子在耀变体喷流被加速，产生了中性介子（衰变为伽马射线）和带电介子（衰变为中微子）。[21]这是中微子探测器首次被用于定位天体，并且识别出了一个宇宙射线的源。[20][22][23][24]
参考文献
- ↑ Bartos, Imre; Kowalski, Marek. 多信使天文学. IOP Publishing. 2017. ISBN 978-0-7503-1369-8. doi:10.1088/978-0-7503-1369-8.
- ↑ Franckowiak, Anna. 关于中微子的多信使天文学. 物理学杂志：会议系列. 2017, 888 (12009): 012009. doi:10.1088/1742-6596/888/1/012009.
- ↑ Branchesi, Marica. 多信使天文学：引力波、中微子、光子和宇宙射线. 物理学杂志：会议系列. 2016, 718 (22004): 022004. doi:10.1088/1742-6596/718/2/022004.
- ↑ Abadie, J. LIGO观测到的GRB 051103的发射源揭示了什么. 天文物理期刊. 2012, 755 (1): 2. Bibcode:2012ApJ...755....2A. arXiv:1201.4413
. doi:10.1088/0004-637X/755/1/2.
- ↑ 5.0 5.1 Spurio, Maurizio. 粒子和天体物理学：一种多信使的途径. 天文和天体物理学图书馆. Springer. 2015: 46. ISBN 978-3-319-08050-5. doi:10.1007/978-3-319-08051-2.
- ↑ 超新星理论组: 核心坍缩超新星引力波信号目录
- ↑ 在一起双中子星合并事件中未发现中微子发射. 2017-10-16 [2018-07-20].
- ↑ AMON官方网站. [2019-12-20].
- ↑ Smith, M.W.E.; et al. 天体物理学多信使天文台网络(AMON) (PDF). 天体粒子物理学. 2013年5月, 45: 56–70 [2019-12-20]. Bibcode:2013APh....45...56S. arXiv:1211.5602 . doi:10.1016/j.astropartphys.2013.03.003. hdl:2060/20140006956.
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- ↑ Albert, A. 通过ANTARES、冰立方、皮埃尔·俄歇天文台，搜寻来自双中子星合并事件GW170817的高能中微子. 天体物理期刊. 2017年10月16日, 850 (2): L35. arXiv:1710.05839 . doi:10.3847/2041-8213/aa9aed.
- ↑ Haggard, Daryl; Ruan, John J.; Nynka, Melania; Kalogera, Vicky; Evans, Phil. LIGO/Virgo GW170817: 来自GW170817/GRB170817A/SSS17a的亮度增加的X射线放射 - ATel #11041. 天文学家电讯. December 9, 2017 [2017-12-09].
- ↑ Margutti, R.; Fong, W.; Eftekharl, T.; Alexander, E.; Chornock, R. LIGO/Virgo GW170817: 从合并事件开始，钱德拉X射线望远镜观测到108天的观测对象的亮度增加 - ATel #11037. 天文学家电讯. 2017-12-07 [2017-12-09].
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- ↑ 宇宙“幽灵”粒子的来源被揭开. 英国广播公司. 2018-07-12 [2018-07-12].
外部链接
- AMON 官方网站
