引力波的發現現在正式宣告失敗

來自南極實驗BICEP2和普朗克探測器的資料表明,銀河系塵埃是一個混淆訊號

一個天文學家團隊去年報告了來自早期宇宙的引力波證據,現在已經撤回了這一宣告。對該團隊位於南極的BICEP2望遠鏡和歐洲航天器普朗克記錄的資料進行的聯合分析表明,該訊號可以完全歸因於銀河系中的塵埃,而不是具有更古老的宇宙起源。

歐洲航天局(ESA)在1月30日宣佈了期待已久的成果,此前一天,普朗克衛星團隊的法國成員無意中在網上釋出了該成果的摘要,然後在被撤下之前被廣泛傳播。

2014年3月的發現是由在南極操作一個名為BICEP2的射電望遠鏡的研究人員釋出的。該結果取決於宇宙微波背景輻射(大爆炸的遺蹟輻射)偏振中捲曲圖案的發現。該團隊將這種圖案歸因於引力波——時空中的漣漪——在宇宙最早的時刻產生,當時宇宙學家認為宇宙經歷了一次短暫但動盪的膨脹時期,稱為暴脹。如果探測到,原始波將證實高度成功但未經證實的暴脹理論。


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但是銀河系中的塵埃也會發出偏振光,這種偏振光也可能具有相同的捲曲圖案印在上面。天文學家在過去一年中多次暗示,BICEP2團隊被銀河系訊號所迷惑(參見“全銀河系塵埃圖使引力波搜尋變得混亂”)。普朗克-BICEP2分析證實,BICEP2不能聲稱已經看到了原始引力波的證據。

一切都歸咎於塵埃
在聯合分析中,研究人員將BICEP2望遠鏡在150千兆赫 (GHz) 頻率下記錄的資料與普朗克在353 GHz頻率下從同一片天空記錄的資料疊加,353 GHz頻率下幾乎所有偏振光都來自塵埃。(普朗克還在較低頻率下記錄偏振訊號。)這兩個資料集被證明是匹配的——BICEP2發現其最強訊號的區域與普朗克塵埃訊號最強的區域相同,這表明BICEP2訊號幾乎完全是由於塵埃造成的。

巴黎-南大學的普朗克天文學家讓-盧普·普吉特在歐空局的新聞稿中說:“這項聯合工作表明,一旦去除銀河系塵埃的輻射,對原始B模式的探測就不再可靠。” “因此,不幸的是,我們未能證實該訊號是宇宙暴脹的印記。”

約翰·霍普金斯大學位於馬里蘭州巴爾的摩的宇宙學家馬克·卡米昂科夫斯基說:“我不再相信BICEP2探測到了引力波訊號”,他不是這兩個團隊的成員。

英國劍橋大學的普朗克研究員喬治·埃夫斯塔休表示,這一結論並不令人意外。“我不知道人們為什麼如此興奮,”他說。“從科學的角度來看,這裡沒有什麼戲劇性的。”

“不幸的”洩露
埃夫斯塔休將1月29日的洩露事件描述為“不幸”和“粗心大意”。“BICEP團隊的人認為他們第一次處理宣傳的方式不對”,並且每個人都渴望以更謹慎的方式公開聯合分析。

卡內基梅隆大學位於賓夕法尼亞州匹茲堡的宇宙學家拉斐爾·弗勞格是第一批質疑BICEP2研究結果的研究人員之一,他也同意這一觀點。“如此令人期待的結果以這種方式呈現給公眾有些不幸,”他指出。他拒絕討論聯合分析的細節,因為論文尚未公佈,但他指出“從這些圖中可以清楚地看出,BICEP2在3月份公佈的結果中低估了塵埃的水平,這與我們的論文中所說的相符”(參見“引力波的發現面臨審查”)。

哈佛-史密森天體物理中心位於馬薩諸塞州劍橋市的BICEP2首席研究員約翰·科瓦奇在歐空局的新聞稿中說:“當我們最初在我們的資料中檢測到這個訊號時,我們依賴於當時可用的銀河系塵埃輻射模型。” “這些模型似乎表明,我們選擇觀測的天空區域的塵埃偏振遠低於檢測到的訊號。”

最新的發現並不意味著不可能在微波背景輻射中找到引力波的證據——只是BICEP2無法在銀河系噪聲中最終探測到訊號。

卡米昂科夫斯基說:“有一條清晰的前進道路。” “如果我們進行更多這種型別的多頻率測量,我們將能夠精確地將塵埃訊號與[原始]訊號分離出來”,並更徹底地搜尋引力波。

本文經許可轉載,並於2015年1月30日首次發表於《自然》雜誌。

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