墨子巡天望远镜对一类新的引力波电磁对应体获得最好的观测限制

近日，中国科学技术大学、中国科学院紫金山天文台、深空探测实验室等单位组成的联合研究团队，利用中国科学技术大学-紫金山天文台联合研制的墨子巡天望远镜（WFST），针对备受瞩目的引力波事件S250206dm开展高灵敏度、宽视场的搜索观测。研究团队基于WFST的海量观测数据，结合多波段时域巡天优势，对此类处于“低质量间隙”区间的特殊引力波事件的光学对应体——千新星辐射提供了目前国际上最严格的观测限制。相关研究成果以“Illuminating the Mass Gap Through Deep Optical Constraint on a Neutron Star Merger Candidate S250206dm”为题，3月16日在线发表在国际天文期刊《The Astrophysical Journal Letters》上。

图1 WFST对S250206dm的多波段观测覆盖情况，下方子图展示了不同波段覆盖和探测灵敏度。

引力波天文学的兴起为人类探索宇宙开启了新窗口。在多信使天文学领域，双中子星或中子星-黑洞并合产生的引力波事件往往伴随着从伽马射线、X射线到光学及射电波段的丰富电磁辐射信号。通过引力波与电磁信号的协同观测，科学家不仅能精确锁定引力波源的宿主星系，还能深入揭示重元素合成、致密天体状态方程以及测量宇宙学参数等核心物理问题。2025年2月6日，国际引力波观测网络（LVK）捕捉到编号为S250206dm的引力波事件。作为稀有的中子星并合事件，该事件引起科学界高度关注。另外，S250206dm其中的一颗致密天体的质量落在所谓的“低质量间隙”区间，即传统理论认为的中子星质量上限与黑洞质量下限之间的中间地带。这一特殊性使得S250206dm成为研究致密天体本质与恒星演化末段的关键钥匙。

为了捕捉可能存在的电磁对应体，研究人员第一时间使用WFST对其开展高灵敏度、宽覆盖的扫描观测。图1展示了WFST的后随观测情况。同时，国际上其他大型宽视场光学设备如Zwicky瞬变设施（ZTF）和暗能量相机（DECam）也对该天区进行了监测。研究人员充分发挥WFST大口径与宽视场的优势，在观测黄金时间内覆盖了引力波定位的主要区域。基于WFST的海量观测数据，研究团队通过搜寻其中的潜在暂现源信号，发现10多个可能候选体，但通过与千新星理论模型对比，最终排除它们作为该事件电磁对应体的可能性。与其他宽视场望远镜相比，WFST对此事件及时且高灵敏度的探测，为该引力波事件的光学对应体提供了目前国际上最严格的观测限制，由图2所示。

图2 国际上多个宽视场观测设备的观测限制与理论模型的对比。WFST为S250206dm提供了及时且最严格的观测限制。

本项研究工作不仅展示了墨子巡天望远镜在引力波电磁对应体搜寻方面的卓越能力，也为未来多信使天文学的研究积累了宝贵经验。随着墨子巡天望远镜在北半球正式开展科学巡天，以及南半球鲁宾天文台（LSST）即将开启正式观测，未来有望实现南北半球协同的全天区互补式搜寻。这种深度、广度与时效性并重的全球联合观测网络，将极大地提升人类发现稀有引力波电磁对应体的概率，助力揭示宇宙中致密天体并合，以及重元素起源等问题。

WFST是位于青海冷湖的大视场光学巡天望远镜。它由中国科学技术大学和中国科学院紫金山天文台联合研制，口径2.5米，视场约6.5平方度。目前，WFST已正式开展巡天观测，凭借其宽视场和高灵敏度，有望在包括引力波电磁对应体、超新星、黑洞潮汐撕裂恒星事件等暂现源研究方面取得重大发现。

论文的第一作者为物理学院天文学系博士后刘峥岩，天文学系博士生徐则林为共同第一作者。共同通讯作者为赵文教授，金志平教授与戴子高教授。该项研究得到科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院基础与交叉前沿科研先导专项和唐仲英基金会等资助。

论文链接：https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ae4d14

WFST科学白皮书：https://link.springer.com/article/10.1007/s11433-023-2197-5

（物理学院、科研部）