原初引力波争议：专家认为宇宙暴胀直接证据不成立

2015年02月04日 08:00
来源：观察者网

去年，美国天文学家宣布他们发现了专业领域的“圣杯”，在南极通过BICEP2望远镜在宇宙微波背景辐射中捕捉到宇宙原初引力波，这是宇宙暴胀的直接证据，在科学界掀起了一场风暴。

原标题：原初引力波争议结局悲伤：宇宙学家认为宇宙暴胀直接证据不成立

去年，美国天文学家宣布他们发现了专业领域的“圣杯”，在南极通过BICEP2望远镜在宇宙微波背景辐射中捕捉到宇宙原初引力波，这是宇宙暴胀的直接证据，在科学界掀起了一场风暴。庆祝的人们不得不先把刚从冰箱里拿出的香槟放回，因为其他研究团队很快对这项惊人的发现提出质疑，他们认为，哈佛大学BICEP观测小组可能低估了银河系中尘埃的影响。欧洲航天局通过“普朗克”卫星的研究同样显示，BICEP观测小组观察的天空所包含的宇宙尘埃比之前估计的要多。

如今近一年过去了，久负盛名的《科学》杂志1月30日在官网刊登特约撰稿人艾德里安·卓（Adrian Cho）的文章称，正如普契尼歌剧《波希米亚人》中女主角咪咪的死并不出人意料，近年来宇宙学领域最大的断言最终以悲伤的结局收场。根据欧空局（ESA）1月30日发布的一则新闻公告，在和利用ESA“普朗克”卫星开展研究的宇宙学家共同进行的一项分析中，BICEP研究人员收回了当时的断言，同时报道称并未有这样的暴胀迹象。

《科学》官网文章截图

“如果最终是其他的结果，我反倒会很吃惊。”美国普林斯顿大学观测宇宙学家苏珊娜·斯塔葛斯（Suzanne Staggs）表示。BICEP团队的断言似乎从很早便注定会在这场“戏剧”中有这样的结局。

普朗克卫星和其观测到的宇宙微波背景

BICEP的宇宙学家去年3月宣称找到了直接证据，表明在宇宙大爆炸之后不到一秒内，宇宙经历了被称为暴胀的奇异的指数式急剧增长。这些迹象来自他们对宇宙大爆炸余辉，即宇宙微波背景（CMB）的研究。

去年9月，普朗克团队发布的数据显示，BICEP发现的信号在很大程度上（如果不是全部的话）是本身能释放微波的银河系中尘埃产生的“赝品”。共同开展的分析则旨在寻求解决相互冲突的结果，并最终否决了BICEP团队一鸣惊人的断言。

BICEP研究人员看到的是一小部分南方天空中的漩涡。作为一种在可见宇宙中其他一切东西的电磁背景，CMB是极化的，正如被湖面反射回来的光。根据宇宙学家的标准模型，暴胀的巨大延伸会引起空间和时间的波动，即引力波。而这又在极化中留下了像风车一样的模式印记，被称为B模式。BICEP团队宣称看到了这样的“原初B模式”，在当时引起不小轰动。

然而，这些漩涡可以从其他来源盘旋而上，尤其是银河系中的辐射尘埃能产生漩涡。为正确研究CMB信号，研究人员首先必须除去这种“前景”的干扰。通常情况下，实验人员通过在多个微波频率采集数据来实现这一点。然而，BICEP2只在一个频率采集了数据，以试图将灵敏度最大化。同时，他们依靠的是在一次演讲中从幻灯片上摘取的、来自普朗克的原始数据来预估前景污染。BICEP团队认为，这只是很小的事情。然而，去年5月，其他宇宙学家提出，BICEP研究人员可能错误地诠释了普朗克数据，并且低估了尘埃的干扰。9月，普朗克的最终数据表明，BICEP观察的那片天空就像一只枕头一样布满了灰尘。

目前，这项共同分析同样包含了来自BICEP2在南极的“接班人”——凯克阵列的数据，但没有发现原初B模式的明确信号。如果这些信号真的存在于数据中，它们不会超过BICEP宣称所发现信号的一半。这个限度同普朗克研究人员此前通过研究整个天空中CMB温度上的微小变化而间接推断出的结果相符。

尽管这个“童话”有了一个悲伤的结局，但麻省理工学院宇宙学家马克斯·特格马克（Max Tegmark）表示，对于很快找到发现原初B模式的机会，自己很乐观。“我认为，那里有一些我们能看见的东西。如果它们不是当前的这些数据，那么随后也会在接下来的几年里被找到。”不过，斯塔葛斯认为，此次事件表明前景辐射可能同样巨大和复杂。如果它就在那里，那么宇宙大爆炸产生的信号更有可能通过若干次试验慢慢浮现，而非突然间在一次决定性的发现中被找到。

“这些信号非常微弱，而且有很多东西会导致研究出错，而不仅仅是前景辐射。”约翰斯·霍普金斯大学宇宙学家查尔斯·班尼特（Charles Bennett）表示。无论如何，多个团队正在努力探测B模式。“我不认为BICEP2的经历会让任何人减缓研究的步伐。”班尼特说。