光子、中微子、宇宙射线和引力波都携带着宇宙的信息。多信使天文学将这四种信号结合在一起，从多个宇宙角度研究天文事件。凭借其灵敏的相机和滤光片套件，NSF-DOE Vera C. Rubin天文台将通过获取关键的颜色信息和定位事件，为其他望远镜的后续观测增加已知多信使源的数量。
天文学一直依赖于光来传递有关宇宙的信息。但是，捕捉光子不再是科学家研究天文现象的唯一手段。亚原子粒子，如中微子和那些以宇宙射线的形式传播的粒子，以及引力波——时空结构中的涟漪——也是信使。多信使天文学的目标是将来自不止一种信号的信息结合起来，让研究人员更深入地了解宇宙中一些最极端的事件。美国国家科学基金会-能源部维拉·鲁宾天文台将很快为这一新兴领域做出贡献，利用其强大的相机和广阔的视野，寻找微弱的多信使源，并为后续观测指出其他望远镜的正确方向。
多信使天文学是研究宇宙事件的一种增强方式，这些事件被预测会发出不止一种类型的信号，例如恒星爆炸，活跃的黑洞，紧凑物体之间的碰撞，仅举几例。每个信使都传达有关物理过程和相关能量的独特信息。当使用多个信号观察单个源时，可以将数据组合起来以达到更深层次的洞察力。加州大学伯克利分校的副教授Raffaella Margutti说:“结果大于各部分的总和。”
除了对南部天空进行大规模的研究，称为“时空遗产调查”(LSST)，鲁宾还将进行“机会目标”观测，以快速响应潜在的多信使源警报。作为世界上旋转速度最快的大型望远镜，鲁宾可以在短短三分钟内指向目标。这样的观测将提供一个事件的光学特性的关键信息，即人眼可以探测到的波长，这反过来又有助于其他望远镜对事件进行定位。
然而，为了协调能够探测到不同类型信使的多个望远镜，科学家们必须知道在哪里寻找。像引力波和中微子这样的信号可以为科学家指明一个源的大致方向，但为了精确定位它的确切位置，你需要光。这就是鲁宾将大放异彩的地方，他配备了有史以来最大的天文学和天体物理学相机。
Margutti的研究重点是寻找引力波事件的电磁对应物，他解释说:“引力波天文台只能告诉你‘看看这个大区域，寻找一些非常微弱的东西。’”但你不知道该去哪里找。”此外，目前天文台能够探测到引力波的距离远远超过了它们用光子所能探测到的距离，这使得用两种信使来观测一个事件变得很困难。
凭借其深厚而广泛的能力，鲁宾将有助于缓解这两个挑战。“鲁宾赢了两次，”马古蒂说。“它强大的光收集能力和扫描大片天空的能力意味着它对微弱的光信号非常敏感，就像我们从引力波源中寻找的那样。”
到目前为止，只观察到一次多信使引力波事件:两颗中子星的合并，同时发出时空涟漪和光子，在宇宙中摇摆。据预测，其他发射不止一个信使的事件是黑洞-中子星和黑洞-黑洞合并。“如果我们发现光子来自这种类型的合并，我会非常兴奋，”Margutti说。“鲁宾在确认或扩展产生光的合并类型方面处于独特的地位。”
鲁宾探测微弱源的能力也将改变研究中微子的游戏规则。加州理工学院博士后学者罗伯特·斯坦(Robert Stein)解释说:“在中微子科学中，有许多不同类型的可能来源，但现有的光学望远镜只能看到最亮的、最不寻常的中微子。”基于到达地球探测器的中微子数量，科学家们相信，在整个宇宙中，有大量不同距离的中微子源。然而，考虑到现有望远镜的限制，Stein估计只有5-10%的黑洞可以被光子探测到。通过首次将无数微弱的光源带到光中，鲁宾可以将这一比例提高到50%。
斯坦因说:“中微子科学还处于起步阶段，所以我们的可能来源名单仍在不断涌现。”“在10年或15年内，我们可能会发现我们已经知道的事件也是中微子源群。”
Margutti和Stein都相信，在多信使天文学时代，Rubin的至高无上的力量将是发现意想不到的事情。由于它覆盖了南半球大片的天空，谁也不知道鲁宾无与伦比的视野会揭示什么。“鲁宾的最佳用途是作为一个发现机器，”马古蒂说。Stein也表达了类似的观点，他说:“我希望了解我们下一步应该研究哪些新型的资源。如果鲁宾能给我们一个明确的答案，我相信他会的，那就太棒了。”
鲁宾天文台是美国国家科学基金会(NSF)和能源部(DOE)的联合倡议。鲁宾是由NSF的NOIRLab和SLAC联合操作的。
这篇文章是根据鲁宾天文台的一个故事改编的。
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希望本篇文章《鲁宾天文台将革新多信使天文学的未来》能对你有所帮助！
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