引力波的发现性在新分析中看起来令人怀疑

来自普朗克卫星的最新数据表明,备受吹捧的时空涟漪的发现可能被误判了
 


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今年物理学界最大的新闻——实际上,是这十年最大的新闻——是三月份的发现,看起来像是来自大爆炸后不久的引力波。公告发布后不久,批评者认为,该信号可能实际上是由我们星系中受污染的尘埃引起的,物理学家一直在等待进一步的数据来帮助解决这场辩论。现在,普朗克卫星新发布的尘埃测量结果似乎让引力波信徒感到沮丧。
 
最初的发现来自南极的BICEP2实验,测量了所谓的B模式偏振——宇宙微波背景(CMB)辐射中光波方向的卷曲模式。这种辐射遍布整个空间,可以追溯到宇宙诞生后仅38万年。B模式偏振可能是由大爆炸后不久的引力波或时空涟漪引起的,这将拉伸和压缩空间,从而改变CMB的光波。然而,这种偏振也可能是由光在我们自己星系中的尘埃上散射引起的——这是一种更为平凡的解释。
 
BICEP2使用高度灵敏的仪器检查了天空的一小部分区域。其测量的B模式信号非常大,研究人员最初得出结论,尘埃不可能对此负责。然而,事实证明,他们可能低估了他们观察到的天空区域中尘埃的含量。
 
普朗克卫星从2009年到2013年收集数据,观测了整个天空的CMB,尽管灵敏度较低。普朗克团队的一项新研究分析了来自尘埃的偏振光在所有方向上的含量,发现它比BICEP2团队假设的要普遍得多。“我们表明,即使在最微弱的尘埃发射区域,也没有‘干净的’窗口可以在不减去尘埃发射的情况下测量原始CMB B模式偏振,”普朗克科学家在发布在预印本网站arXiv上的论文中写道。事实上,普朗克的数据表明,尘埃的影响可能完全解释BICEP2测量的偏振,而没有任何信号是由引力波引起的。自从最初宣布以来,BICEP2团队“在宇宙学解释方面退后了一步”,该实验的共同负责人、斯坦福大学物理学家郭兆林说。“另一方面,这篇论文并没有排除引力波的重大贡献。”
 
尽管如此,这个消息还是让许多物理学家感到沮丧。暴胀理论预测了这种波的存在,该理论假设宇宙在其早期经历了爆炸性膨胀。对原始引力波的测量将为暴胀提供确凿的证据。此外,正如亚利桑那州立大学坦佩分校的宇宙学家劳伦斯·克劳斯在十月刊《大众科学》中写道,“这将使我们能够检验关于宇宙如何产生的想法,而迄今为止科学家们只能对此进行推测。”
 
最新普朗克论文的作者强调,他们的分析并未排除引力波。他们说,需要进一步研究才能知道尘埃是否是BICEP2信号背后的原因,并且该团队计划与BICEP2科学家合作以了解更多信息。“这并非完全是决定性的——但它非常有力,”加州理工学院的物理学家肖恩·卡罗尔在他的博客中写道。“BICEP2确实观察到了他们所说的信号;但目前明智的看法是,该信号并非来自早期宇宙。” 要想确定,可能需要更多的实验数据。“从长远来看,我们需要等待BICEP2水平的灵敏度在多个频率下进行测量,到那时,将很容易区分尘埃和原始物质,”苏塞克斯大学的物理学家肖恩·霍奇基斯在他的博客文章中写道。
 
许多关于宇宙诞生的基本问题将取决于这个问题的结果。关于如何最好地宣布重大科学发现的辩论也将受到影响。BICEP2科学家在未经严格同行评审的情况下,通过激动人心的新闻发布会分享了他们的发现。苏塞克斯大学物理学家彼得·科尔斯认为,这个决定可能适得其反。“我认为公众需要更多地了解科学作为一个过程是如何运作的,通常是非常混乱的,”他在他的博客中写道,“但这种混乱应该在多大程度上公开?”
 

克拉拉·莫斯科维茨大众科学的高级编辑,她在那里负责报道天文学、太空、物理学和数学。她在大众科学工作了十年;之前她曾在Space.com工作。莫斯科维茨曾对火箭发射、航天飞机升空和着陆、亚轨道太空飞行训练、山顶天文台等进行现场报道。她拥有卫斯理大学天文学和物理学学士学位以及加州大学圣克鲁兹分校科学传播研究生学位。

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