美國研究人員已起草計劃，利用一個新設施研究大爆炸的微弱餘輝。他們希望它足夠靈敏，能夠確認嬰兒宇宙是否經歷過被稱為暴脹的短暫爆炸性膨脹時期。
宇宙微波背景 Stage-4 實驗 (CMB-S4) 將包括三個 6 米和 14 個半米望遠鏡，分佈在南極洲和智利的兩個站點，這是本週將公開的初步設計。該設施有可能在十年內投入執行，其靈敏度將是現有地面 CMB 實驗的近 100 倍。
然而，它並不便宜。根據美國能源部 (DOE) 和國家科學基金會 (NSF) 委託的專家工作組提出的設計，建設成本將略高於 4 億美元。這至少是 3 年前一項不太詳細的審查中設想的兩倍，也是現有實驗成本的 30 倍。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保有關發現和塑造我們當今世界的想法的具有影響力的故事的未來。
美國國家科學基金會地外天文學和宇宙學專案主任理查德·巴爾瓦尼斯表示，這個價格標籤“不一定”會讓人望而卻步。但 CMB-S4 將不得不與其他擬議的大型設施競爭有限的資金。
原始漣漪
CMB 提供了宇宙在大爆炸後僅 38 萬年時的影像。這種輻射於 1964 年被發現，此後已透過地面、氣球和太空中的實驗進行觀測，從而對宇宙的幾何形狀、組成和年齡（目前計算為略低於 140 億年）產生了越來越精確的見解。
但物理學家 認為 CMB 還有更多價值。特別是，其偏振中被稱為 B 模的獨特模式可能揭示原始引力波的存在。引力波——時空中的漣漪——於 2015 年首次被直接觀測到，但在極早期宇宙中探測到引力波將是一項重大突破，為暴脹提供迄今為止最有力的證據 ，美國宇航局噴氣推進實驗室（位於加利福尼亞州帕薩迪納）的天體物理學家、CMB-S4 工作組主席查爾斯·勞倫斯表示。
目前的地面 CMB 實驗通常使用數千個畫素探測微波，並且基地位於南極附近或智利的阿塔卡瑪沙漠，在這些地方，非常乾燥的條件使大氣幾乎對微波輻射透明。到目前為止，所有實驗都沒有發現明顯的 B 模。一個小組在 2014 年確實做出了廣為人知的宣告，但結果證明，觀測結果實際上是由銀河塵埃的排放引起的。研究人員現在正在建造幾個靈敏度將提高十倍的實驗。
但勞倫斯表示，探測當今許多暴脹模型預測的引力波需要靈敏度再提高一個數量級。因此就有了 CMB-S4，它將包含近 40 萬個畫素。工作組寫道，如果它也一無所獲，則可能有必要“放棄暴脹”。
爭取資金
CMB-S4 的規模太大，任何單個小組都無法建造，因此美國各地的研究人員於 2013 年開始合作進行設計。他們的初步計劃在一年後獲得了向能源部提供粒子物理學諮詢的小組的批准。但他們必須等到 2020 年才能看到他們在國家科學基金會用於評估資助優先事項的十年一次的天文學和天體物理學調查的下一輪中表現如何。
巴爾瓦尼斯表示，只有當 CMB-S4 在十年調查中獲得“非常高的優先順序”時，該機構才會支援 CMB-S4，十年調查還可能包括擬議的美國國家射電天文臺位於新墨西哥州的甚大陣列的升級，以及一個或多個大型光學望遠鏡的開發。他補充說，即使該專案確實獲得批准，進一步的機構審查也可能會將原定於 2026 年開始的運營推遲至少兩年。
工作組建議，CMB-S4 可以透過在智利現有望遠鏡上新增能源部探測器，同時在南極安裝一些較小的望遠鏡來啟動。根據該策略，國家科學基金會將最初僅資助運營。然而，能源部官員也預見到了一些障礙。該機構負責高能物理學的副主任詹姆斯·西格里斯特表示，白宮和國會之間的預算分歧正在華盛頓特區造成“很多不確定性”。他預測，推遲到 2027 年或 2028 年“很容易發生”。
本文經許可轉載，最初發表於 2017 年 10 月 30 日。