尽管光和引力波在真空中的传播速度完全相同，但 2017 年的一次中子星合并事件中，引力波信号比光信号早到了 1.7 秒。这一现象并非因为两者速度有差异，而是因为光的产生和发射机制存在延迟。引力波在两颗中子星接触的瞬间就停止了，而光信号则是在合并后，由抛射出的物质或内部反应产生的，因此其发射时间本身就晚于引力波。这个发现不仅以极高的精度验证了引力波速度等于光速，也揭示了中子星合并事件是宇宙中金、铂等重元素的重要来源。
一个宇宙谜题：为何引力波先到？
2017 年 8 月 17 日，来自 1.3 亿光年外的一次中子星合并事件，其信号抵达了地球。首先被探测到的是引力波，当两颗中子星相互旋近并最终碰撞时，引力波信号达到顶峰然后戛然而止。然而，在引力波信号消失 1.7 秒之后，第一个电磁波信号——伽马射线暴——才被探测到。
如果光和引力波都以光速传播，且来自同一起事件，它们理应同时到达。这 1.7 秒的时间差究竟作何解释？
速度的铁律
物理学有一个基本准则：在真空中，任何没有静止质量的粒子或波，都必须以光速传播。这包括光子（光）和引力波。
这次事件恰恰为这个理论提供了迄今为止最精确的验证。
经过 1.3 亿年的旅行，两个信号的到达时间仅相差 1.7 秒。这证明了引力波的速度与光速的差异小于千万亿分之一（1/10¹⁵），是物理学史上由单次测量带来的最显著的精度飞跃。
因此，答案必定不在于它们的速度不同。我们必须从信号的源头去寻找解释。
寻找延迟的根源：光的诞生过程
引力波是在两颗中子星相互环绕、旋近的过程中产生的，并在它们接触合并的瞬间停止。那么，我们观测到的光是在什么时候、如何产生的呢？
当中子星发生碰撞时，可能出现三种结果：
- 形成一颗新的、更稳定的中子星（如果总质量较小）。
- 短暂形成一颗中子星，随后在不到一秒内坍缩成黑洞（如果总质量处于中等范围）。
- 直接形成一个黑洞（如果总质量非常大）。
根据引力波信号分析，2017 年的这次事件（GW170817）属于第二种情况。这意味着在合并后，有一段极短的时间窗口可以产生其他物质和信号，然后才被新形成的黑洞吞噬。
科学家们推测，光的产生可能有以下几种机制：
- 表面接触瞬间产生： 在两颗中子星接触的瞬间，其表面过程立即产生光。
- 抛射物质产生： 合并后，大量物质被高速抛出，与周围介质碰撞而发光。
- 内部反应产生： 中子星内部发生剧烈反应，产生的能量需要一定时间才能传播到表面并以光的形式辐射出来。
证据指向“延迟发射”
在上述三种情况中，第一种意味着光和引力波是同时产生的，那么光的延迟就必须归因于它在穿过合并产生的高密度物质云时被减速。而在后两种情况中，光的发射本身就是延迟的。
关键证据来自 2019 年的另一次中子星合并事件（GW190425）。这次合并的总质量更大，但科学家们没有观测到任何形式的光信号。这强烈暗示，并非所有中子星合并都会发光，尤其当它们质量太大而直接形成黑洞时，物质和能量可能来不及逃逸就被吞噬了。
这一发现否定了“光在接触瞬间产生”的假说，并支持了“延迟发射”的解释。
- 结论： 光信号的产生晚于引力波信号的结束。
- 原因： 光来自于合并后抛射出的物质（即“千新星”爆炸）或内部反应，这些过程都需要时间。
- 额外因素： 产生的光在穿过周围的物质云时，可能还会被进一步减速，共同造成了我们观测到的 1.7 秒延迟。
这个解释不仅解开了时间差之谜，还证实了这类事件是宇宙中许多重元素（如金、铂、铀）的“炼金炉”。只有那些没有立即形成黑洞的合并事件，才能将这些新生成的重元素抛洒到宇宙空间中。