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        原初引力波直接證據(jù)不成立

        2015-05-30 15:17:07王晉嵐
        科學(xué) 2015年2期
        關(guān)鍵詞:普朗克亞克引力波

        王晉嵐

        2014年3月,位于南極洲的BICEP2(Background Imaging of Cosmic Extra-galactic Polarization)研究團(tuán)隊(duì)宣稱,通過對(duì)宇宙微波背景輻射(Cosmic Microwave Background,CMB)極化現(xiàn)象的觀測(cè)與分析,首次得到了原初引力波的直接證據(jù)。這一證據(jù)能夠用來證明暴脹宇宙理論。然而,2015年1月,歐洲空間局(European Space Agency,ESA)發(fā)布公告稱,無證據(jù)支持原初引力波的發(fā)現(xiàn)。

        宇宙起源于138億年前的大爆炸,從最初極小尺度、極高溫度、極大密度的狀態(tài)演化成如今的狀態(tài)——具有恒星、行星以及星系等豐富而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。關(guān)于宇宙早期歷史的信息蘊(yùn)含在CMB之中。根據(jù)暴脹宇宙理論。在大爆炸發(fā)生的最初極短時(shí)間(10-32秒)內(nèi),宇宙經(jīng)歷了指數(shù)式急劇增長,稱之為暴脹。暴脹期的劇烈延伸會(huì)引起空間和時(shí)間的波動(dòng),即原初引力波。在CMB的極化圖上,會(huì)留有原初引力波的印記。加州大學(xué)伯克利分校的塞爾亞克(U.Seljak)通過仔細(xì)分析,發(fā)現(xiàn)極化存在著兩種形態(tài):具有梯度的極化模式——E模極化和具有旋度的極化模式——B模極化。暴脹子漲落只造成CMB的E模極化,而引力波既會(huì)造成E模極化也會(huì)造成B模極化,塞爾亞克因此建議用這兩類極化模式去探測(cè)原初引力波。

        BICEP2正是通過CMB的B模極化來尋找原初引力波證據(jù)的。為了排除大氣中水分子對(duì)觀測(cè)的影響。觀測(cè)地點(diǎn)選在了南極;為了消除引力透鏡的貢獻(xiàn),所選定的空間角尺度為5度。然而,漩渦狀的B模極化同樣可以有其他來源。尤其是銀河系中的輻射塵埃。2014年5月。美國卡內(nèi)基-梅隆大學(xué)的弗勞格(R.Flauger)便提出了質(zhì)疑,他重新檢查了BICEP2研究小組曾使用的塵埃偏振圖譜,并推斷BICEP2研究人員或許低估了塵埃引起的偏振。

        為了從CMB中得到正確信息,首先必須除去各種干擾,研究人員通常通過在多個(gè)微波頻率采集數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。遺憾的是,為了將靈敏度最大化,BICEP2只在一個(gè)頻率采集了數(shù)據(jù)。而且,BICEP2團(tuán)隊(duì)依靠在一次演講中從幻燈片上摘取的、來自普朗克衛(wèi)星的原始數(shù)據(jù)預(yù)估前景污染。2014年5月。其他宇宙學(xué)家提出,BICEP2研究人員可能錯(cuò)誤地詮釋了普朗克衛(wèi)星的數(shù)據(jù),并且低估了塵埃的干擾。2014年9月,普朗克衛(wèi)星公布的最終數(shù)據(jù)表明,BICEP2觀察的那片天空布滿了輻射塵埃。通過對(duì)普朗克衛(wèi)星、BICEP2以及BICEP2在南極的“接班人”Keck Array的數(shù)據(jù)分析,ESA發(fā)布公告:BICEP2發(fā)現(xiàn)的信號(hào)即便不是全部,也在很大程度上源于本身能釋放微波的銀河系塵埃,無法證實(shí)信號(hào)源自原初引力波。

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