当引力波通过空间中的某个位置时，它会在交替的时间内在交替的方向上膨胀和压缩，导致激光臂长在相互垂直的方向上发生变化。利用这种物理变化，科学家开发出了成功的引力波探测器，如激光干涉引力波天文台（LIGO）。当涉及到宇宙中的灾难性事件时，如大型天体物理相互作用导致能量的巨大释放，物理定律的理解告诉我们，有三种可能的方法来探测和测量它们。第一种是最常见的：通过光或电磁波。第二种是通过粒子的到来：比如宇宙射线或高能中微子。第三个成果是在不到四年前首次实现的，来自于对引力波的探测。

自从引力波探测首次出现以来，天文学家们一直希望能有一个终极事件：一个可以通过所有三种方法都能识别和探测到的信号。此前从未有人观测到它，但自从今年4月LIGO开始其最新的数据采集工作以来，它就一直是各类天文学家的希望。年7月28日周日，我们看到了一个新的信号，我们可能已经中了“头彩”。

LIGO和Virgo发现了一个新的黑洞群，它的质量比之前单独用X射线研究发现的要大(紫色)。这张图显示了LIGO探测到的所有十个黑洞合并(蓝色)，以及一个中子星合并(橙色)。随着灵敏度的提升，LIGO/Virgo预计从今年4月开始，每周都会检测到一次以上的合并。LIGO已经投入运营，并在年至年的两个不同时期重新采集数据，运行时间分别为4个月和9个月。后者包括一个重叠，在年夏天，处女座探测器运作。在这段时间里，这些引力波探测器总共观测到11个事件，现在被归类为强引力波探测。

其中10个来自黑洞与黑洞的合并，合并后的黑洞的质量从低至8倍太阳质量到高至50倍太阳质量不等，尽管存在很大的不确定性。当黑洞合并时，它们不会有电磁对应物。在这些事件中，只有一个发现了任何可能与之相关的光信号，甚至只有一个探测器(美国宇航局的费米)探测到了这种信号，其显著性适中(2.9-sigma)。

两颗合并中子星的艺术家插图。波浪形的时空网格表示碰撞产生的引力波，而窄光束则是在引力波(天文学家探测到的伽马射线爆发)几秒钟后射出的伽马射线束。年观测到的中子星合并的余波指向了黑洞的诞生。但有一个信号不同。它不是黑洞与黑洞的合并，而是具有正确的频率和振幅特性来表示另一种类型的事件：中子星与中子星的合并。虽然黑洞的绝大多数质量都有视界，可以保护外部宇宙不受灾难性事件产生的任何粒子或电磁辐射的影响，但中子星没有。

结果，伽马射线信号几乎与引力波在同一时间到达，到达时间相差不到2秒。在超过1亿光年的旅程中，这一测量既证实了引力波和电磁波以相同的速度传播波（精度在15位有效数字以内），也预示着第一个涉及引力波的多信使信号。

位于1.3亿光年之外的星系NGC之前已经被拍摄了很多次。但就在年8月17日探测到引力波后不久，一种新的瞬态光源出现了：中子星与中子星合并的光学对应物。在接下来的几周里，数十家专业的天文台也加入了进来。X射线、光学信号、红外和无线电观测使天文学家能够更好地研究基洛诺瓦事件，并帮助跨领域的天文学家了解，在这种情况下，他们的数据和信息将如何相互补充。

虽然我们可以从每个电磁波波长中了解到关于这些天体和事件的大量天体物理信息，但我们从引力波中了解到的信息是不同的。即使只有这一个多信使事件，引力波本身就告诉我们：

这次活动的大致地点，合并前中子星的质量，最终状态物体的最终质量，合并后的物体是一颗快速旋转的中子星，持续了很短的时间，最后坍缩成一个黑洞。

超新星a的残骸，位于大约,光年外的大麦哲伦星云中。中微子比第一个光信号早到达数小时，这一事实让我们更多地了解了光在超新星恒星层中传播所需要的时间，而不是中微子的传播速度，中微子的传播速度与光速没有什么区别。中微子、光和引力现在似乎都以同样的速度运动。这标志着引力波首次被用作多信使天文学的一个组成部分，但它并不是唯一观测到的多信使事件。早在年，一颗超新星在大麦哲伦星云中爆炸了，大麦哲伦星云就在我们的后院，距离我们只有16.5万光年。它标志着在物理学和天文学的现代时代，距离地球最近的超新星。

当光线到达我们的望远镜和探测器时，这对天文学来说是一个巨大的福音，因为这使我们能够近距离研究超新星，而这是自望远镜发明以来从未有过的。但是超新星伴随着失控的核聚变反应，这些反应会产生大量的中微子。用大型的、装满液体的、排列着光电倍增管的容器，我们能够同时探测到大量的中微子。

一个中微子事件，通过沿着探测器壁上的光电倍增管出现的切伦科夫辐射环来识别，展示了中微子天文学和利用切伦科夫辐射的成功方法。这张图片展示了多个事件，是一系列实验的一部分，为我们更好地理解中微子铺平了道路。年探测到的中微子标志着中微子天文学和多信使天文学的开端。这标志着多信使天文学的真正曙光，通过它，我们了解了关于我们正在观察的现象的大量信息。这些中微子都携带特定数量的能量，经过数秒的时间到达地球。这使我们能够了解发生在超新星核坍塌中的核反应的内部机制：我们不可能仅从电磁信号中获得信息。

许多科学家都希望今天发生的类似超新星爆炸，我们的科学仪器将使我们能够探测到成千上万的中微子——如果大自然是仁慈的，除了光信号，引力波也能探测到。这将实现多信使天文学这个相对较新的领域的终极梦想：测量与同一事件相关的三种基本不同类型的信号。

尽管黑洞应该有吸积盘，但黑洞与黑洞合并所产生的电磁信号应该是无法探测到的。如果有一个电磁对应物伴随着引力波一起产生，那将是一个惊喜。但是，话说回来，从合并的黑洞中探测粒子也将是一个惊喜，所有类型的科学家都为这些类型的意外惊喜而活。你可能会惊讶地发现，在经过大幅升级后，LIGO在年4月重新启动，增加了灵敏度和检测范围。它已经运行了近四个月，几乎收集了所有数据。

即使你在那段时间里没有听到任何关于合并的消息，他们有一个公开的数据库，里面有他们认为是候选事件的所有信息。在撰写本文时，已经记录了24个事件：是前两次运行中所看到的事件总数的两倍多。最新的一次被命名为Sq，可能是有史以来第一次三重多信使天文事件。

在观测到第一个信号大约一个小时后，对候选引力事件Sq可能发生在天空的位置所产生的可能性估计。最初的报告限制性较弱，随后的报告(经过改进的分析)限制性更强，但这只是自4月份LIGO重启以来发现的24起潜在的引人注目的引力波事件之一。仅凭引力波，科学家们就能进行快速分析，并将原始事件可能发生的位置限制在55平方度(整个天空约为40度)以内，作为寻找其他类型信使信号的最佳位置。

位于南极的冰立方中微子探测器完全独立地探测到一种类似轨道的中微子事件，它的起源几乎完全相同。由于中微子的稀少，冰立方的每一次活动都有可能成为来自遥远宇宙的信号。特别是这一次，全世界的天文学家都屏住了呼吸。

我们可以重建它在天空中的位置，值得注意的是，中微子在空间和时间上都与LIGO和Virgo看到的原始引力波信号重叠!

目前NASA的Swift卫星正在扫描天空中的“瓦片”，以寻找与LIGO/Virgo和IceCube观测到的信号相对应的电磁信号。即使没有电磁信号，这也可能标志着第一个同时包含引力波和粒子的多信使天文学事件。现在，LIGO以95%的信心宣称，这很可能是一个发生在28.7亿光年之外的双黑洞合并。如果真的有一种电磁对应物，那将是革命性的。突然，我们会：

我们的第一个三信使天文学事件，了解这个物体不是一个双黑洞或者双黑洞可以产生电磁对应物，然后对于从如此遥远的地方产生可探测引力波、光信号和中微子的事件类型有了线索。即使没有看到电磁信号，但IceCube和LIGO/Virgo的信号确实是真实的、强大的、一致的，这将是一个巨大的成就。这将标志着第一个同时包含引力波和粒子的多信使事件。

冰立方探测到的高能中微子事件的一个例子是：年，一个4.45PeV的中微子击中了探测器。年7月28日观测到的中微子可能没有这种极端的能量，但它提供了一个更大的机会：粒子和引力波之间的多信使信号。当然，所有这些都只是初步的。LIGO的合作还没有宣布任何类型的最终检测结果，IceCube事件可能是一个前景。目前还没有公布任何电磁信号，可能根本就没有。科学应该缓慢而谨慎地发展，而这里所写的一切都是乐观的希望之人的最佳方案。

但是，如果我们继续用这三种根本不同的方式观察天空，并不断提高我们观测的精度，那么，合适的自然事件向我们发出每个天文学家都在等待的信号，只是时间问题。就在一代人之前，多信使天文学还只是一个梦想。今天，它不仅是天文学的未来，也是现在。在科学领域，没有什么时刻比处于前所未有的突破的风口浪尖更令人兴奋的了。