科学家捕获宇宙微波背景漩涡
时间:2017-12-07

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  科学家已经观察到大爆炸辐射的所谓宇宙微波背景(CMB)中的漩涡模式。这些观察结果本身并不令人惊讶,因为研究人员已经开始了解这些特殊的旋涡或来自传统天体物理的B模式。然而,研究表明,科学家们正在接近一个更大的发现:B模式是在婴儿期间由整个宇宙中的引力波造成的。这一观察结果将使科学家更直观地了解大爆炸发生后不到一秒的时间,也可能揭示这一切是如何发生的。

  我认为这是一个很大的改进。马里兰州巴尔的摩约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)的宇宙学家查尔斯·贝内特(Charles Bennett)说,他没有参加这个观察。这是一个有前途的迹象,我们可以理解引力波的信号。

  CMB自1965年发现以来,为宇宙学家们提供了丰富的资料。 1992年,NASA的宇宙背景探测器(COBE)测量了辐射光谱,发现它具有科学家期望的性能。 COBE还检测到了CMB温度的十万变化中的一些,揭示了大部分的宇宙信息。 2003年,美国宇航局的Wigandon微波非各向同性探测器(WMAP)等实验对这些变化进行了统计研究,发现它们与模型吻合良好,宇宙包含5%的普通物质,24%的暗物质,暗能量的71%。今年早些时候,欧洲航天局(ESA)的普朗克空间探测器强烈地证实了标准的宇宙模型。

  科学家怀疑中巴可能还藏有更多的信息。根据标准物理学,温度变化反映了新生宇宙的微小量子波动。在比光速快的第一次扩张中,宇宙重复了一倍,达到原来的60倍,这些量子涨落也扩大到了一个很大的范围。暗物质和普通物质经过引力作用后,还会进入银河原型的波动。宇宙的扩张也可能标志着CMD。

  中巴微波可以像湖光一样极化。在天空中,随机偏振模式可以分为两个重迭部分:B模式偏振形成右旋或左旋,不能形成左旋或右旋E模式。早期宇宙中的物质聚集只能形成E模,宇宙膨胀时的引力波可以产生B模。这些最初的B模式强度可以揭示宇宙膨胀过程中的能量强度,并解释如何发生宇宙膨胀。

  但是,科学家必须首先检测任何形式的B模式。这正是使用10米南极望远镜(SPT)的研究小组所做的。加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的天体物理学家邓肯·汉森(Duncan Hanson)在论文中描述了B模式可能来自前景中的太阳辐射,或者当宇宙的重力由一个巨大的物质网络歪曲了CMB生成时的E模式图像。7月22日,该论文发表在arXiv预印本数据库中。

  最初,Hanson和同事利用ESA的Herschel太空望远镜的宇宙红外辐射数据来估算宇宙的质量分布,然后计算这种质量分布对SPT观测到的E-模式图像的影响,以预测B模式的扩展小于1度,通过使用该模板,研究人员可以根据数据本身计算出B模式,Hanson表示可以使用CMB数据观察B模式,但是我们试过普林斯顿大学的宇宙学家大卫·斯佩格尔(David Spergel)说,这些观测本身可能是有用的,遥远星系的图像观测或者CMB的温度变化提供了关于宇宙中物质分布的信息,但是,观测到中亚两极分化应该提供更清晰的分布信息。

  贝内特说,普朗克空间探测器不是为了寻找B模式设计,所以需要长时间的观察才能完成研究结果。他还表示,这个理论并不能预测原来的B模式的信号强度。我们真的不知道这个扩展信号有多弱,所以我们可能无法取得进展。不过,他表示,这个信号应该比这个场景更强大,也许几个月后,当普朗克太空探测器获得更多的数据时,可能会有新的发现。 (苗妮)

  “中国科学”(2013-07-30第二版国际)