南极望远镜发现了原初引力波存在证据,然而,它们可能源于银河系尘云的辐射,科学团队在引力波发现的路途上面临进退两难的境地,BICEP2科学团队对探测器的数据分析受到了科学同行的质疑,他们的研究低估了银河系灰尘的影响。BICEP2探测器的功能不同于普朗克卫星探测器,普朗克科学团队使用了新的探测方法,他们在近日发布了“矫正版”的观测数据,揭示了BICEP2科学团队的引力波数据可能来源于星际尘埃,它们不是物理学家“翘首以盼”的原初引力波信号。对BICEP2引力波证据的质疑延伸到了宇宙学基本框架的“大爆炸理论”,原初引力波被认为从宇宙大爆炸中,它们好像波涛汹涌的海浪一样在太空的“海洋”扩散。原初引力波成为了宇宙大爆炸理论的一个重要证据,宇宙在诞生的极短时刻发生了暴涨。科学家试图对宇宙的奥秘进行解释,却发现这些科学解释存在疑难。大爆炸理论解释了很多宇宙现象,然而,寻找宇宙大爆炸的天体物理证据十分艰难。
天文学家以南极望远镜(BICEP2)观测了在河外星系的微波背景成像系统中的一种偏振现象。今年早些时候,他们发布了有关微波背景辐射(CMB)中一种原初“B型偏振”信号的第一例证据,自从能够证明原初引力波存在的第一个观测结果发布之后,科学界的各种争议声不断,近日,普朗克探测器的合作团队发布了最新数据,根据他们的数据分析,BICEP2团队观测到的信号可能来源于银河系灰尘释放的辐射,与BICEP2团队原先估计的灰尘数量相比,似乎更多的灰尘释放了偏振信号。“B型信号”最有可能通过本地星系的尘埃物质的辐射而产生,它们不是极早期宇宙急剧膨胀之后留下的引力波印迹。主流的宇宙学家普遍相信,我们的宇宙在大爆炸后的几乎10的负35秒经历了一场“史无前例”的大膨胀。普朗克合作团队没有完全排除BICEP2团队的断言,原初引力波的存在证据还未走向绝境,普朗克合作团队目前相信“一半对一半”的结果、或灰尘辐射和原初引力波的可能性几乎一样大。
BICEP2团队在最初发布的声明中确认,他们的检测标准达到了统计学意义的7西格玛,比统计学5西格玛的黄金标准高出不少,他们初步证实,宇宙暴涨理论符合物理学发现的统计标准,然而,很多研究人员对他们的声明有自己的评价,BICEP2团队的观测数据大大低估了银河系的尘埃辐射带来的影响,他们的观测可能混淆了原初CMB信号和灰尘辐射的信号。CMB的光子最后分散在太空,当中性原子第一次形成、物质和辐射之间发生了“去耦”过程,CMB的光子在太空自由穿梭,最终形成了极其微弱的宇宙背景辐射。问题的关键在于将两种辐射区分开来,一种是CMB的光子辐射,另一种是星际尘埃的辐射。批评BICEP2团队的研究人员声称,BICEP2团队的观测数据低估了灰尘辐射信号的效果,测量频率只定在单一的150GHz(千兆赫)频道上。加拿大圆周理论物理研究所的尼尔·图罗克主任提出了质疑,BICEP2团队的检测只有一种频率,这种检测方法受到了许多限制,他们没有考虑在其它频率上检测同样的信号,很难判定它们他们检测到的信号一定是宇宙暴涨留下的确凿证据。
英国萨塞克斯大学的天体物理学家彼得·科尔斯认为,普朗克卫星的最新数据不令人感到惊奇,很多积累的证据给出了佐证,偏振辐射信号由银河系灰尘发出。BICEP2团队在今年3月份发布了引力波信号的成果之后,牛津大学和哥本哈根尼尔斯·波尔研究所的粒子物理学家苏比尔·萨卡尔立即发表评论,BICEP2团队观测的信号实际上由本星系磁化的灰尘辐射产生,在银河系高纬度的太空区域存在“灰尘斑点”,它们的辐射位于微波频率上,从而在接收装置上同样产生了B型偏振信号,在BICEP2团队观测的区域出现了环状尘埃体,它们可能是导致错误判断的原因。普朗克卫星的观测数据确认,在BICEP2团队的观测区域存在由银河系污染物产生的偏振辐射,萨卡尔建议将BICEP2和普朗克团队的数据结合起来,在横向对比的基础上最终找出问题的答案。
普朗克团队和BICEP2团队没有停留在“此起彼伏”的争议声中,两个科学团队设法开展合作研究,共同检测所有的数据,审核信号源究竟出自引力波、还是出自银河系内的尘埃,联合团队的检测结果将在今年的年底初见分晓。普朗克探测器具有更好的频率覆盖和全空域的搜索能力,BICEP2探测器具有更高的灵敏性,联合起来的探测器将能达到意想不到的效果,从联合数据的研究中可能发现原初引力波存在的证据。天体物理学家彼得·科尔斯基本否定了原初引力波结果的可能,他认为将来可以开发专门用途的卫星,新的卫星将灵敏性、空域覆盖和频率范围的优势相互结合,诸如:LiteBIRD和COrE卫星也许适合未来探测的需要,普朗克卫星探测器发现了一些更干净的太空区域,避免了银河系灰尘的干扰,从而有利于BICEP2团队对原初引力波项目的探测。地基观测的偏振实验室,诸如:南极望远镜、阿卡塔马宇宙学望远镜在更干净的太空区域也许能够获得更有说服力的观测证据。天体物理学家科尔斯相信,联合团队的实验研究有可能在今后的3到5年解决原初引力波的争议问题。
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