今年三月宣布他们发现了来自宇宙大爆炸的波的证据的天文学家,在同行评议期刊上发表结果时,现在采取了更加谨慎的立场——正如新的独立数据对最初的发现提出了更多疑问一样。
在6月19日发表在《物理评论快报》上的一篇论文中,BICEP2合作组(以他们在南极用来观察微波天空一片区域的望远镜命名)承认,银河系中尘埃的前景效应可能比之前估计的要大得多——甚至可能全部——这似乎是来自时间开端的信号。
此外,本周早些时候在莫斯科宇宙学会议上发表的报告,基于欧洲航天局普朗克卫星的观测,提供了新的证据表明,BICEP2的结果可能完全是由于尘埃的混淆效应。
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3月17日,哈佛-史密森天体物理中心(位于马萨诸塞州剑桥市)的约翰·科瓦奇宣布了最初的研究结果,并在新闻发布会上引发了关于诺贝尔奖的讨论,部分原因是这似乎证实了一个关于宇宙诞生的流行但古怪的理论(参见'望远镜捕捉到引力波的景象')。
根据1980年首次提出的该理论,宇宙开始于一段短暂但非凡的膨胀时期,称为暴胀。暴胀会产生引力波,从而使宇宙微波背景(CMB)的极化产生微妙的扭曲,宇宙微波背景是宇宙大爆炸遗留的无处不在的辐射耳语。这就是BICEP2现在在天空中看到的扭曲。
银河系中的尘埃颗粒可能会像引力波一样在 CMB 中留下类似的极化模式,但基于对银河系贡献的几种不同预测,研究人员得出结论,他们的数据更可能起源于原始引力波。
由于关键数据来源当时并未公开,科瓦奇及其同事使用的大多数模型都不包括普朗克的数据,普朗克在 2009 年至 2013 年期间一直在对整个微波天空进行扫描。
BICEP2 团队确实使用了一个依赖于普朗克初步数据的模型,但其他科学家,包括新泽西州普林斯顿高等研究院的拉斐尔·弗劳格,认为研究人员误解了该信息,并且正确的分析表明,尘埃可能解释了大部分或全部信号(参见“大爆炸发现受到挑战”)。BICEP2 团队现在已将该模型从其分析中排除,因为“无法量化的不确定性”,研究人员在其文章的脚注中指出。
但加州大学伯克利分校的宇宙学家乌罗斯·塞利亚克指出,BICEP2 团队使用的其他模型也高度不确定,并且基于较旧的尘埃估计,这些估计可能不正确。塞利亚克是另一篇批评 BICEP2 分析的论文的合著者。
该团队的成员表示,他们仍然认为引力波是他们用称为 BICEP2 的南极微波望远镜探测到的信号的最可能解释。然而,在他们的期刊文章中,作者指出,他们用来分析数据的模型“没有足够多的外部公共数据来约束,从而排除尘埃发射足够强烈以解释整个超额信号的可能性”。
BICEP2 团队成员、位于帕萨迪纳的加州理工学院和美国宇航局喷气推进实验室的杰米·博克说,来自尘埃的贡献“似乎比普朗克之前的模型预测的要高一些”。他补充说,“我们仍然认为数据不支持全尘埃的解释,这就是我们三月份关于尘埃的看法。”
新泽西州普林斯顿大学的宇宙学家大卫·斯珀格尔说,他很高兴 BICEP2 团队承认了他们整个信号可能来自尘埃的可能性。但这篇文章自 3 月 17 日首次出现在 arXiv.org 存储库中以来已经过修订,“仍然存在一些缺陷”,他说。“我相信,宇宙学界现在已经认识到,我们需要等待普朗克对引力波的发现,或者澄清此信号是由极化尘埃引起的,”他说。
最终的普朗克地图要到 10 月才会发布。但在 6 月 16 日的莫斯科宇宙学会议上,巴黎南大学奥赛分校的普朗克天文学家让-卢普·皮吉特报告了新的发现,表明尘埃在 BICEP2 检测的南极天空区域中发挥着重要作用。之前的普朗克分析没有显示该区域或银河系其他高银纬区域中尘埃极化的量,因为这些区域尘埃相对稀少,并且与噪声相比信号较低(请参见“银河系地图回避了引力波的问题”)。
普吉特及其合作者首次使用可用的最新普朗克地图,直接检查了这些高银纬区域中尘埃的极化,而不是从银河系平面中尘埃较多的区域推断出来。普吉特报告说,在平均了约 350 个大小与 BICEP2 观测区域相似的高银纬天空区域后,星际尘埃颗粒的极化起着重要作用,并且可能解释了 BICEP2 信号的大部分,该信号曾被归因于暴胀产生的引力波。普吉特告诉《自然》杂志,详细说明这些发现的文章将在大约六周后发表。
塞利亚克说,仍然有希望 BICEP2 团队观察到了真正的引力波信号。“但目前来看,这似乎更像是一种愿望,而不是根植于任何令人信服的论据。”
本文经《自然》杂志许可转载。本文于 2014年6月20日首次发表。