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2017年，美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜在相隔五周的两次重大突破中发挥了关键作用。但看起来非凡的好运实际上是一个多世纪以来研究，分析，准备和开发的产物。
2017年8月17日，费米发现了从引力波源看到的第一盏灯 - 在这个事件中，由两个超级中子星的合并产生的时空涟漪。仅仅五周之后，美国国家科学基金会（NSF）IceCube Neutrino天文台发现的一颗高能粒子被追溯到由超大质量黑洞驱动的遥远星系，这要归功于费米观测到的伽马射线耀斑。
美国宇航局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的费米项目科学家朱莉麦克内瑞说：“数千年来，光是我们唯一的宇宙信息来源。” “最近的发现将光，我们最着名的宇宙信使，引力波和中微子等粒子联系起来 - 新的信使提供了我们刚刚开始探索的各种信息。”
根深蒂固
这些发现的起源早在1887年就延伸到前沿研究。那时物理学家阿尔伯特迈克尔逊和爱德华莫利进行了一项实验来检测一种称为以太的物质，该物质被假定为允许光波传播的介质通过太空。正如他们的实验所表明的那样，许多人已经证实，以太不存在。但负面结果被证明是阿尔伯特爱因斯坦 1905年狭义相对论的灵感之一。他在1915年将其概括为一种完整的引力理论，这种理论预测了引力波的存在。
一个世纪之后，2015年9月14日，美国国家科学基金会的激光干涉引力波天文台（LIGO）首次发现这些时空振动，因为两个黑洞的合并到达地球的波浪。两者之间出现了源源不断的进步，包括激光，改进的仪器和越来越强大的计算机和软件。
美国宇航局位于阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心的LIGO研究小组的首席研究员Tyson Littenberg说：“正如发明探测器技术需要数十年时间，分析和解释多乘客观测的理论和计算框架也是如此。” “我们经历了无数的模拟，以测试新想法并改进现有算法，以便我们准备好充分利用第一批观察结果，并继续进行基础研究和开发工作。”
直到2005年，甚至无法详细模拟当一对轨道黑洞合并时会发生什么。当Goddard和德克萨斯大学布朗斯维尔分校的独立团队独立开发出克服所有先前障碍的新计算方法时，取得了突破。准确理解引力波信号是发展用于快速检测和表征它们的技术的重要一步。
2017年8月17日，来自中子星合并的引力波产生了激光干涉引力波天文台（LIGO）探测到的信号。该视频中的声音表示与波浪穿过华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿的LIGO探测器所引起的组合拉伸和挤压相同的频率。仅仅1.7秒之后，美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜就看到了一阵短暂的伽马射线 - 用平直指示。
“另一个基本的发展是高度优化的分析管道和信息技术基础设施，可以将理论模型与数据进行比较，识别信号的存在，计算天空中源的位置，并以其他方式格式化信息天文学界可以使用，“ 美国宇航局博士后计划研究员，乔丹营领导的戈达德LIGO研究小组成员Tito Dal Canton解释道。
天文学家需要尽快了解短期事件，以便能够在太空和地面上携带各种各样的望远镜。早在1993年，戈达德和马歇尔的科学家就开始开发一种自动化系统，用于将伽马射线爆发（GRB）的位置 - 通常持续一分钟或更短时间的远距离强力爆炸 - 实时分发给世界各地的天文学家。Gamma-ray坐标网络/瞬态天文网络位于Goddard，由首席研究员Scott Barthelmy领导，现在分发来自许多太空任务以及地面仪器（如LIGO和IceCube）的警报。
幽灵粒子
2017年9月22日，位于南极的IceCube Neutrino天文台，在此图中用冰下的传感器串代表，发现了一个看似来自深空的高能中微子。美国宇航局的费米伽马射线太空望远镜（左中）将光源定位为距离我们大约40亿光年的星系中的超大质量黑洞。它是从银河系外部发现的第一个高能中微子源。
致谢：NASA / Fermi和索诺玛州立大学的Aurore Simonnet
中微子的历史主线始于法国物理学家亨利贝克勒尔和他1895年发现的放射性。1930年，在研究了一种名为β衰变的放射性过程后，Wolfang Pauli认为它可能涉及一种新的亚原子粒子，后来被称为中微子。我们现在知道中微子质量很小，行程几乎和光一样快，有三个变种，是宇宙中最丰富的粒子之一。但由于它们不容易与其他物质相互作用，因此直到1956年才发现中微子。
1912年，Victor Hess发现带电粒子，现在称为宇宙射线，从各个方向不断进入地球大气层，这意味着空间充满了它们。当宇宙射线撞击空气分子时，碰撞会产生一阵粒子 - 包括中微子 - 从大气中降下来。寻找天文中微子源意味着将实验置于地下，以减少来自宇宙射线的干扰，并建立非常大的探测器，以梳理出宣传害羞的中微子的微弱信号。
由于在南达科他州金矿深处使用100,000加仑干洗液的实验，1968年首次发现了太阳核心内核反应产生的中微子。发现下一个天文中微子源将需要另外19年。超新星1987A是附近星系中的恒星爆炸，仍然是400多年来最亮和最近的超新星，也是第一颗可以在爆炸前图像上识别原始恒星的超新星。理论家们预计，中微子比光更容易逃离崩塌的恒星，这将成为新超新星发出的第一个信号。在1987A的可见光到达地球前几个小时，在日本，美国和俄罗斯的实验中发现了短暂的中微子爆发，使超新星成为太阳系以外的第一个中微子来源。
“如果这些实验都没有在当时运行，那么中微子信号就会被忽视，”IceCube的首席研究员弗朗西斯哈尔岑说道，它基本上是一个中立型望远镜，在南极建造成一立方公里的冰。“开发技术，改进理论甚至构建探测器是不够的。我们需要尽可能多地进行观察，以便有机会捕捉短暂，罕见和科学上有趣的事件。Fermi和IceCube都在不断运行，不间断地观察天空。“
光明棒
第三个历史线索属于伽马射线，伽马射线是法国物理学家保罗维拉德于1900年发现的最高能量形式的光。当具有足够能量的伽马射线与物质相互作用时，它通过立即转化为粒子 - 电子及其反物质对应物，即正电子，提供了爱因斯坦最着名的等式E = mc 2的完美演示。相反，将电子和正电子碰撞在一起并产生伽马射线。
美国宇航局于1961年发射的探测器11卫星探测到太空中的第一颗伽马射线。1963年，美国空军开始发射一系列卫星作为Vela项目的一部分。这些日益复杂的卫星旨在验证是否符合禁止在太空或大气层进行核武器试验的国际条约。但是从1967年7月开始，科学家们开始意识到Vela卫星正在看到与武器试验明显无关的短暂伽马射线事件。
这些爆炸是GRB，这是一种全新的现象，现在已经被证明可以标记某些类型的大质量恒星的死亡或轨道中子星的合并。美国国家航空航天局进一步探索了康普顿伽玛射线天文台的伽马射线天空，该天文台于1991年至2000年运行并记录了数千个GRB。从1997年开始，意大利 - 荷兰BeppoSAX卫星的重要观测证明，GRB远远超出了我们的星系。康普顿于2004年由美国宇航局的Neil Gehrels Swift天文台和2008年的费米继承，继续探索高能量天空并跟进LIGO和IceCube警报。
法国化学家和微生物学家路易斯巴斯德在1854年的一次演讲中指出：“在观察领域，机会只会偏爱预备好的思想。” 在数十年的科学发现和技术创新的支持下，新的乘客天文学领域正在为下一次运气做好准备。
美国宇航局的费米伽玛射线太空望远镜是一种天体物理学和粒子物理学合作伙伴关系，是与美国能源部合作开发的，并得到了法国，德国，意大利，日本，瑞典和美国学术机构和合作伙伴的重要贡献。
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