作者:徐徐 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2015/2/2 22:04:03
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原初引力波争议的悲伤结局
宇宙学家认为宇宙暴胀直接证据不成立

 

正如在一场歌剧中女主角的死去并不出人意料一样,近年来宇宙学领域最大的断言最终正式得以阐明。去年3月,在位于南极、名为BICEP2的专业天文望远镜的帮助下,宇宙学家宣称找到了直接证据,表明在宇宙大爆炸之后不到一秒内,宇宙经历了被称为暴胀的奇异的指数式急剧增长。这些迹象来自他们对宇宙大爆炸余辉,即宇宙微波背景(CMB)的研究。而根据欧空局(ESA)日前发布的一则新闻公告,在和利用ESA普朗克飞船开展研究的宇宙学家共同进行的一项分析中,BICEP研究人员收回了当时的断言,同时报道称并未有这样的暴胀迹象。

就像贾科莫·普契尼的歌剧《波希米亚人》中的女性人物Mimi,BICEP的断言似乎从很早便注定会在这场“戏剧”中有这样的结局。“如果最终是其他的结果,我反倒会很吃惊。”美国普林斯顿大学观测宇宙学家Suzanne Staggs表示。

去年9月,普朗克团队发布的数据显示,BICEP发现的信号在很大程度上(如果不是全部的话)是本身能释放微波的银河系中尘埃产生的“赝品”。共同开展的分析则旨在寻求解决相互冲突的结果,并最终否决了BICEP团队一鸣惊人的断言。

BICEP研究人员看到的是一小部分南方天空中的漩涡。作为一种在可见宇宙中其他一切东西的电磁背景,CMB是极化的,正如被湖面反射回来的光。根据宇宙学家的标准模型,暴胀的巨大延伸会引起空间和时间的波动,即引力波。而这又在极化中留下了像风车一样的模式印记,被称为B模式。BICEP团队宣称看到了这样的“原初B模式”,在当时引起不小轰动。

然而,这些漩涡可以从其他来源盘旋而上,尤其是银河系中的辐射尘埃能产生漩涡。为正确研究CMB信号,研究人员首先必须除去这种“前景”的干扰。通常情况下,实验人员通过在多个微波频率采集数据来实现这一点。然而,BICEP2只在一个频率采集了数据,以试图将灵敏度最大化。同时,他们依靠的是在一次演讲中从幻灯片上摘取的、来自普朗克的原始数据来预估前景污染。BICEP团队认为,这只是很小的事情。然而,去年5月,其他宇宙学家提出,BICEP研究人员可能错误地诠释了普朗克数据,并且低估了尘埃的干扰。9月,普朗克的最终数据表明,BICEP观察的那片天空就像一只枕头一样布满了灰尘。

目前,这项共同分析同样包含了来自BICEP2在南极的“接班人”——凯克阵列的数据,但没有发现原初B模式的明确信号。如果这些信号真的存在于数据中,它们不会超过BICEP宣称所发现信号的一半。这个限度同普朗克研究人员此前通过研究整个天空中CMB温度上的微小变化而间接推断出的结果相符。

尽管这个“童话”有了一个悲伤的结局,但麻省理工学院宇宙学家Max Tegmark表示,对于很快找到发现原初B模式的机会,自己很乐观。“我认为,那里有一些我们能看见的东西。如果它们不是当前的这些数据,那么随后也会在接下来的几年里被找到。”不过,Staggs认为,此次事件表明前景辐射可能同样巨大和复杂。如果它就在那里,那么宇宙大爆炸产生的信号更有可能通过若干次试验慢慢浮现,而非突然间在一次决定性的发现中被找到。

“这些信号非常微弱,而且有很多东西会导致研究出错,而不仅仅是前景辐射。”约翰斯·霍普金斯大学宇宙学家Charles Bennett表示。无论如何,多个团队正在努力探测B模式。“我不认为BICEP2的经历会让任何人减缓研究的步伐。”Bennett说。(徐徐)

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