當引力波通過空間中的某個位置時，它會在交替的時間內在交替的方向上膨脹和壓縮，導致雷射臂長在相互垂直的方向上發生變化。利用這種物理變化，科學家開發出了成功的引力波探測器，如雷射幹涉引力波天文臺（LIGO）。當涉及到宇宙中的災難性事件時，如大型天體物理相互作用導致能量的巨大釋放，物理定律的理解告訴我們，有三種可能的方法來探測和測量它們。第一種是最常見的：通過光或電磁波。第二種是通過粒子的到來：比如宇宙射線或高能中微子。第三個成果是在不到四年前首次實現的，來自於對引力波的探測。
自從引力波探測首次出現以來，天文學家們一直希望能有一個終極事件：一個可以通過所有三種方法都能識別和探測到的信號。此前從未有人觀測到它，但自從今年4月LIGO開始其最新的數據採集工作以來，它就一直是各類天文學家的希望。2019年7月28日周日，我們看到了一個新的信號，我們可能已經中了「頭彩」。
LIGO和Virgo發現了一個新的黑洞群，它的質量比之前單獨用X射線研究發現的要大(紫色)。這張圖顯示了LIGO探測到的所有十個黑洞合併(藍色)，以及一個中子星合併(橙色)。隨著靈敏度的提升，LIGO/Virgo預計從今年4月開始，每周都會檢測到一次以上的合併。LIGO已經投入運營，並在2015年至2017年的兩個不同時期重新採集數據，運行時間分別為4個月和9個月。後者包括一個重疊，在2017年夏天，處女座探測器運作。在這段時間裡，這些引力波探測器總共觀測到11個事件，現在被歸類為強引力波探測。
其中10個來自黑洞與黑洞的合併，合併後的黑洞的質量從低至8倍太陽質量到高至50倍太陽質量不等，儘管存在很大的不確定性。當黑洞合併時，它們不會有電磁對應物。在這些事件中，只有一個發現了任何可能與之相關的光信號，甚至只有一個探測器(美國宇航局的費米)探測到了這種信號，其顯著性適中(2.9-sigma) 。
兩顆合併中子星的藝術家插圖。波浪形的時空網格表示碰撞產生的引力波，而窄光束則是在引力波(天文學家探測到的伽馬射線爆發)幾秒鐘後射出的伽馬射線束。2017年觀測到的中子星合併的餘波指向了黑洞的誕生。但有一個信號不同。它不是黑洞與黑洞的合併，而是具有正確的頻率和振幅特性來表示另一種類型的事件：中子星與中子星的合併。雖然黑洞的絕大多數質量都有視界，可以保護外部宇宙不受災難性事件產生的任何粒子或電磁輻射的影響，但中子星沒有。
結果，伽馬射線信號幾乎與引力波在同一時間到達，到達時間相差不到2秒。在超過1億光年的旅程中，這一測量既證實了引力波和電磁波以相同的速度傳播波（精度在15位有效數字以內），也預示著第一個涉及引力波的多信使信號。
位於1.3億光年之外的星系NGC 4993之前已經被拍攝了很多次。但就在2017年8月17日探測到引力波後不久，一種新的瞬態光源出現了：中子星與中子星合併的光學對應物。在接下來的幾周裡，數十家專業的天文臺也加入了進來。X射線、光學信號、紅外和無線電觀測使天文學家能夠更好地研究基洛諾瓦事件，並幫助跨領域的天文學家了解，在這種情況下，他們的數據和信息將如何相互補充。
雖然我們可以從每個電磁波波長中了解到關於這些天體和事件的大量天體物理信息，但我們從引力波中了解到的信息是不同的。即使只有這一個多信使事件，引力波本身就告訴我們：
這次活動的大致地點，合併前中子星的質量，最終狀態物體的最終質量，合併後的物體是一顆快速旋轉的中子星，持續了很短的時間，最後坍縮成一個黑洞。
超新星1987a的殘骸，位於大約165,000光年外的大麥哲倫星雲中。中微子比第一個光信號早到達數小時，這一事實讓我們更多地了解了光在超新星恆星層中傳播所需要的時間，而不是中微子的傳播速度，中微子的傳播速度與光速沒有什麼區別。中微子、光和引力現在似乎都以同樣的速度運動。這標誌著引力波首次被用作多信使天文學的一個組成部分，但它並不是唯一觀測到的多信使事件。早在1987年，一顆超新星在大麥哲倫星雲中爆炸了，大麥哲倫星雲就在我們的後院，距離我們只有16.5萬光年。它標誌著在物理學和天文學的現代時代，距離地球最近的超新星。
當光線到達我們的望遠鏡和探測器時，這對天文學來說是一個巨大的福音，因為這使我們能夠近距離研究超新星，而這是自望遠鏡發明以來從未有過的。但是超新星伴隨著失控的核聚變反應，這些反應會產生大量的中微子。用大型的、裝滿液體的、排列著光電倍增管的容器，我們能夠同時探測到大量的中微子。
一個中微子事件，通過沿著探測器壁上的光電倍增管出現的切倫科夫輻射環來識別，展示了中微子天文學和利用切倫科夫輻射的成功方法。這張圖片展示了多個事件，是一系列實驗的一部分，為我們更好地理解中微子鋪平了道路。1987年探測到的中微子標誌著中微子天文學和多信使天文學的開端。這標誌著多信使天文學的真正曙光，通過它，我們了解了關於我們正在觀察的現象的大量信息。這些中微子都攜帶特定數量的能量，經過數秒的時間到達地球。這使我們能夠了解發生在超新星核坍塌中的核反應的內部機制：我們不可能僅從電磁信號中獲得信息。
許多科學家都希望今天發生的類似超新星爆炸，我們的科學儀器將使我們能夠探測到成千上萬的中微子——如果大自然是仁慈的，除了光信號，引力波也能探測到。這將實現多信使天文學這個相對較新的領域的終極夢想：測量與同一事件相關的三種基本不同類型的信號。
儘管黑洞應該有吸積盤，但黑洞與黑洞合併所產生的電磁信號應該是無法探測到的。如果有一個電磁對應物伴隨著引力波一起產生，那將是一個驚喜。但是，話說回來，從合併的黑洞中探測粒子也將是一個驚喜，所有類型的科學家都為這些類型的意外驚喜而活。你可能會驚訝地發現，在經過大幅升級後，LIGO在2019年4月重新啟動，增加了靈敏度和檢測範圍。它已經運行了近四個月，幾乎收集了所有數據。
即使你在那段時間裡沒有聽到任何關於合併的消息，他們有一個公開的資料庫，裡面有他們認為是候選事件的所有信息。在撰寫本文時，已經記錄了24個事件：是前兩次運行中所看到的事件總數的兩倍多。最新的一次被命名為S190728q，可能是有史以來第一次三重多信使天文事件。
在觀測到第一個信號大約一個小時後，對候選引力事件S190728q可能發生在天空的位置所產生的可能性估計。最初的報告限制性較弱，隨後的報告(經過改進的分析)限制性更強，但這只是自4月份LIGO重啟以來發現的24起潛在的引人注目的引力波事件之一。僅憑引力波，科學家們就能進行快速分析，並將原始事件可能發生的位置限制在55平方度(整個天空約為40000度)以內，作為尋找其他類型信使信號的最佳位置。
位於南極的冰立方中微子探測器完全獨立地探測到一種類似軌道的中微子事件，它的起源幾乎完全相同。由於中微子的稀少，冰立方的每一次活動都有可能成為來自遙遠宇宙的信號。特別是這一次，全世界的天文學家都屏住了呼吸。
我們可以重建它在天空中的位置，值得注意的是，中微子在空間和時間上都與LIGO和Virgo看到的原始引力波信號重疊!
目前NASA的Swift衛星正在掃描天空中的「瓦片」，以尋找與LIGO/Virgo和IceCube觀測到的信號相對應的電磁信號。即使沒有電磁信號，這也可能標誌著第一個同時包含引力波和粒子的多信使天文學事件。現在，LIGO以95%的信心宣稱，這很可能是一個發生在28.7億光年之外的雙黑洞合併。如果真的有一種電磁對應物，那將是革命性的。突然，我們會：
我們的第一個三信使天文學事件，了解這個物體不是一個雙黑洞或者雙黑洞可以產生電磁對應物，然後對於從如此遙遠的地方產生可探測引力波、光信號和中微子的事件類型有了線索。即使沒有看到電磁信號，但IceCube和LIGO/Virgo的信號確實是真實的、強大的、一致的，這將是一個巨大的成就。這將標誌著第一個同時包含引力波和粒子的多信使事件。
冰立方探測到的高能中微子事件的一個例子是：2014年，一個4.45 PeV的中微子擊中了探測器。2019年7月28日觀測到的中微子可能沒有這種極端的能量，但它提供了一個更大的機會：粒子和引力波之間的多信使信號。當然，所有這些都只是初步的。LIGO的合作還沒有宣布任何類型的最終檢測結果，IceCube事件可能是一個前景。目前還沒有公布任何電磁信號，可能根本就沒有。科學應該緩慢而謹慎地發展，而這裡所寫的一切都是樂觀的希望之人的最佳方案。
但是，如果我們繼續用這三種根本不同的方式觀察天空，並不斷提高我們觀測的精度，那麼，合適的自然事件向我們發出每個天文學家都在等待的信號，只是時間問題。就在一代人之前，多信使天文學還只是一個夢想。今天，它不僅是天文學的未來，也是現在。在科學領域，沒有什麼時刻比處於前所未有的突破的風口浪尖更令人興奮的了。