今年三月宣佈他們發現了來自宇宙大爆炸的波的證據的天文學家,在同行評議期刊上發表結果時,現在採取了更加謹慎的立場——正如新的獨立資料對最初的發現提出了更多疑問一樣。
在6月19日發表在《物理評論快報》上的一篇論文中,BICEP2合作組(以他們在南極用來觀察微波天空一片區域的望遠鏡命名)承認,銀河系中塵埃的前景效應可能比之前估計的要大得多——甚至可能全部——這似乎是來自時間開端的訊號。
此外,本週早些時候在莫斯科宇宙學會議上發表的報告,基於歐洲航天局普朗克衛星的觀測,提供了新的證據表明,BICEP2的結果可能完全是由於塵埃的混淆效應。
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3月17日,哈佛-史密森天體物理中心(位於馬薩諸塞州劍橋市)的約翰·科瓦奇宣佈了最初的研究結果,並在新聞釋出會上引發了關於諾貝爾獎的討論,部分原因是這似乎證實了一個關於宇宙誕生的流行但古怪的理論(參見'望遠鏡捕捉到引力波的景象')。
根據1980年首次提出的該理論,宇宙開始於一段短暫但非凡的膨脹時期,稱為暴脹。暴脹會產生引力波,從而使宇宙微波背景(CMB)的極化產生微妙的扭曲,宇宙微波背景是宇宙大爆炸遺留的無處不在的輻射耳語。這就是BICEP2現在在天空中看到的扭曲。
銀河系中的塵埃顆粒可能會像引力波一樣在 CMB 中留下類似的極化模式,但基於對銀河系貢獻的幾種不同預測,研究人員得出結論,他們的資料更可能起源於原始引力波。
由於關鍵資料來源當時並未公開,科瓦奇及其同事使用的大多數模型都不包括普朗克的資料,普朗克在 2009 年至 2013 年期間一直在對整個微波天空進行掃描。
BICEP2 團隊確實使用了一個依賴於普朗克初步資料的模型,但其他科學家,包括新澤西州普林斯頓高等研究院的拉斐爾·弗勞格,認為研究人員誤解了該資訊,並且正確的分析表明,塵埃可能解釋了大部分或全部訊號(參見“大爆炸發現受到挑戰”)。BICEP2 團隊現在已將該模型從其分析中排除,因為“無法量化的不確定性”,研究人員在其文章的腳註中指出。
但加州大學伯克利分校的宇宙學家烏羅斯·塞利亞克指出,BICEP2 團隊使用的其他模型也高度不確定,並且基於較舊的塵埃估計,這些估計可能不正確。塞利亞克是另一篇批評 BICEP2 分析的論文的合著者。
該團隊的成員表示,他們仍然認為引力波是他們用稱為 BICEP2 的南極微波望遠鏡探測到的訊號的最可能解釋。然而,在他們的期刊文章中,作者指出,他們用來分析資料的模型“沒有足夠多的外部公共資料來約束,從而排除塵埃發射足夠強烈以解釋整個超額訊號的可能性”。
BICEP2 團隊成員、位於帕薩迪納的加州理工學院和美國宇航局噴氣推進實驗室的傑米·博克說,來自塵埃的貢獻“似乎比普朗克之前的模型預測的要高一些”。他補充說,“我們仍然認為資料不支援全塵埃的解釋,這就是我們三月份關於塵埃的看法。”
新澤西州普林斯頓大學的宇宙學家大衛·斯珀格爾說,他很高興 BICEP2 團隊承認了他們整個訊號可能來自塵埃的可能性。但這篇文章自 3 月 17 日首次出現在 arXiv.org 儲存庫中以來已經過修訂,“仍然存在一些缺陷”,他說。“我相信,宇宙學界現在已經認識到,我們需要等待普朗克對引力波的發現,或者澄清此訊號是由極化塵埃引起的,”他說。
最終的普朗克地圖要到 10 月才會釋出。但在 6 月 16 日的莫斯科宇宙學會議上,巴黎南大學奧賽分校的普朗克天文學家讓-盧普·皮吉特報告了新的發現,表明塵埃在 BICEP2 檢測的南極天空區域中發揮著重要作用。之前的普朗克分析沒有顯示該區域或銀河系其他高銀緯區域中塵埃極化的量,因為這些區域塵埃相對稀少,並且與噪聲相比訊號較低(請參見“銀河系地圖迴避了引力波的問題”)。
普吉特及其合作者首次使用可用的最新普朗克地圖,直接檢查了這些高銀緯區域中塵埃的極化,而不是從銀河系平面中塵埃較多的區域推斷出來。普吉特報告說,在平均了約 350 個大小與 BICEP2 觀測區域相似的高銀緯天空區域後,星際塵埃顆粒的極化起著重要作用,並且可能解釋了 BICEP2 訊號的大部分,該訊號曾被歸因於暴脹產生的引力波。普吉特告訴《自然》雜誌,詳細說明這些發現的文章將在大約六週後發表。
塞利亞克說,仍然有希望 BICEP2 團隊觀察到了真正的引力波訊號。“但目前來看,這似乎更像是一種願望,而不是根植於任何令人信服的論據。”
本文經《自然》雜誌許可轉載。本文於 2014年6月20日首次發表。