宇宙学科学的一个变革时代在本周结束，欧洲航天局的普朗克望远镜发布了其早期宇宙的最终地图。普朗克是研究宇宙微波背景（CMB）的三大太空望远镜系列中的最后一个，宇宙微波背景是大爆炸的微弱余辉，它对宇宙的年龄、几何形状和组成进行了迄今为止最精确的测量。由于欧洲和美国的机构对资助后续的太空任务犹豫不决，普朗克似乎将成为多年来最后一个研究宇宙微波背景的太空望远镜——这标志着宇宙学家的一个重大转变。
“整整一代年轻科学家都是在普朗克的陪伴下成长起来的，”宇宙学家、欧洲航天局（ESA）在荷兰诺德韦克普朗克任务的项目科学家扬·陶伯说。
二十多年来，大量的地面和气球载实验，以及三大太空望远镜，都在研究宇宙微波背景。它们主要专注于绘制宇宙微波背景温度在天空中的微小变化，以创建已成为宇宙学黄金标准的宇宙图表。普朗克，从2009年到2013年收集数据，以比以往任何时候都更高的精度完成了这项工作：其数据帮助研究人员确定了宇宙的年龄（约138亿年）、其几何形状（基本上是平坦的）及其组成（95%的暗物质和暗能量）。特别是，最新的发布巩固了之前基于普朗克数据的预测，即宇宙的膨胀速度应该比目前观测到的慢9%。
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温度图及其产生的科学成果是一项“伟大的成就”，但它们已经没有太多可以提供的了，爱尔兰梅努斯大学的理论宇宙学家彼得·科尔斯说，他不是该合作组织的一员。
普朗克后时代
许多参与该任务的科学家已经转向其他项目。西尔维娅·加利在2013年获得博士学位后加入了普朗克，她是该任务中为数不多的科学家之一，并帮助领导了最新的研究。现在，她说她可能会加入许多正在参与欧几里得项目的同事，欧几里得是欧洲的一项重大任务，它将以前所未有的规模绘制宇宙星系图，并正在为2021年的发射做准备。欧几里得是一架老式光学望远镜，而不是微波探测器，这使得它成为一种技术上不同的任务，需要不同的技能。她说，从个人层面来说，转向新的事业令人兴奋。
但是，缺乏主要的宇宙微波背景任务让许多研究人员感到担忧。“从科学角度来看，这将是一场灾难，”巴黎天体物理研究所（IAP）的加利说。“长期积累起来的大量专业知识和技能可能会丢失，这存在风险。”
该领域目前的主要重点是详细测量宇宙微波背景的其他参数，包括其偏振：微波电磁场在特定方向上略微对齐的趋势。在这方面，研究人员希望找到暴胀的迹象，暴胀是大爆炸初期宇宙呈指数级膨胀的短暂时期。巴黎天体物理研究所的普朗克高级研究员卡里姆·贝纳贝德说，宇宙学家还可以通过研究宇宙微波背景的偏振如何弯曲时空来测量物质在宇宙中的分布。这种效应称为引力透镜。
普朗克绘制了偏振图——美国宇航局在2000年代也做过——但灵敏度有限。“偏振信息中只有10%被利用了，”巴黎狄德罗大学的天体物理学家雅克·德拉布鲁耶说，他帮助设计了普朗克。“宇宙微波背景仍然有很多秘密可以揭示，”他说。
偏振问题
美国宇航局和欧空局迄今为止拒绝资助新的大型卫星来研究宇宙微波背景——尽管一些美国团队正在研究地面和气球仪器来测量偏振。英国布莱顿苏塞克斯大学的普朗克博士后朱利安·卡隆已经加入了其中一个项目，即智利的西蒙斯天文台。他说，吸引力之一是可以使用引力透镜来解决另一个基本物理问题：估计称为中微子的基本粒子的质量。
空间机构不愿资助大型宇宙微波背景项目的原因之一是，实验尚未发现暴胀的偏振信号。一项名为BICEP2的实验声称在2014年探测到了该信号，但普朗克数据后来表明这只是银河系中的尘埃。在最新的研究中，普朗克合作组织还在BICEP2数据的帮助下寻找暴胀信号，但没有探测到。然而，“我们尚未看到它这一事实并不意味着它不存在，”新泽西州普林斯顿大学的宇宙学家理查德·戈特说。
许多美国团队现在正在联合起来，寻求资金来建造一个价值4亿美元的下一代地面望远镜网络，称为CMB-S4，它将比以往任何设备都更灵敏地探测暴胀信号。陶伯说，那是下一个重要的目标。
许多宇宙微波背景研究人员继续倡导太空任务。英国卡迪夫大学的普朗克宇宙学家埃尔米尼亚·卡拉布雷塞正在推动欧洲加入LiteBIRD，这是一项拟议的日本探测器，它将在降低成本的同时寻找宇宙暴胀的信号。“这个想法是建造一颗更小、更集中的卫星，”卡拉布雷塞说。但是从太空来看，它仍然具有看到整个天空的优势——这是从地面无法做到的。其他人则希望欧空局与印度合作，提出另一项偏振任务的提案，称为CMB-Bharat。
其他宇宙学家正试图在欧洲启动宇宙微波背景偏振研究。意大利米兰大学的普朗克高级成员达维德·迈诺正在与一个意大利主导的偏振实验合作，该实验将设在西班牙的特内里费岛。研究人员说，如果地面实验甚至看到一丝暴胀的迹象，那将鼓励空间机构资助重大任务。“当然会有资金的，”贝纳贝德说。
本文经许可转载，并于2018年7月20日首次发表。