美国研究人员已起草计划，利用一个新设施研究大爆炸的微弱余辉。他们希望它足够灵敏，能够确认婴儿宇宙是否经历过被称为暴胀的短暂爆炸性膨胀时期。
宇宙微波背景 Stage-4 实验 (CMB-S4) 将包括三个 6 米和 14 个半米望远镜，分布在南极洲和智利的两个站点，这是本周将公开的初步设计。该设施有可能在十年内投入运行，其灵敏度将是现有地面 CMB 实验的近 100 倍。
然而，它并不便宜。根据美国能源部 (DOE) 和国家科学基金会 (NSF) 委托的专家工作组提出的设计，建设成本将略高于 4 亿美元。这至少是 3 年前一项不太详细的审查中设想的两倍，也是现有实验成本的 30 倍。
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美国国家科学基金会地外天文学和宇宙学项目主任理查德·巴尔瓦尼斯表示，这个价格标签“不一定”会让人望而却步。但 CMB-S4 将不得不与其他拟议的大型设施竞争有限的资金。
原始涟漪
CMB 提供了宇宙在大爆炸后仅 38 万年时的图像。这种辐射于 1964 年被发现，此后已通过地面、气球和太空中的实验进行观测，从而对宇宙的几何形状、组成和年龄（目前计算为略低于 140 亿年）产生了越来越精确的见解。
但物理学家 认为 CMB 还有更多价值。特别是，其偏振中被称为 B 模的独特模式可能揭示原始引力波的存在。引力波——时空中的涟漪——于 2015 年首次被直接观测到，但在极早期宇宙中探测到引力波将是一项重大突破，为暴胀提供迄今为止最有力的证据 ，美国宇航局喷气推进实验室（位于加利福尼亚州帕萨迪纳）的天体物理学家、CMB-S4 工作组主席查尔斯·劳伦斯表示。
目前的地面 CMB 实验通常使用数千个像素探测微波，并且基地位于南极附近或智利的阿塔卡玛沙漠，在这些地方，非常干燥的条件使大气几乎对微波辐射透明。到目前为止，所有实验都没有发现明显的 B 模。一个小组在 2014 年确实做出了广为人知的声明，但结果证明，观测结果实际上是由银河尘埃的排放引起的。研究人员现在正在建造几个灵敏度将提高十倍的实验。
但劳伦斯表示，探测当今许多暴胀模型预测的引力波需要灵敏度再提高一个数量级。因此就有了 CMB-S4，它将包含近 40 万个像素。工作组写道，如果它也一无所获，则可能有必要“放弃暴胀”。
争取资金
CMB-S4 的规模太大，任何单个小组都无法建造，因此美国各地的研究人员于 2013 年开始合作进行设计。他们的初步计划在一年后获得了向能源部提供粒子物理学咨询的小组的批准。但他们必须等到 2020 年才能看到他们在国家科学基金会用于评估资助优先事项的十年一次的天文学和天体物理学调查的下一轮中表现如何。
巴尔瓦尼斯表示，只有当 CMB-S4 在十年调查中获得“非常高的优先级”时，该机构才会支持 CMB-S4，十年调查还可能包括拟议的美国国家射电天文台位于新墨西哥州的甚大阵列的升级，以及一个或多个大型光学望远镜的开发。他补充说，即使该项目确实获得批准，进一步的机构审查也可能会将原定于 2026 年开始的运营推迟至少两年。
工作组建议，CMB-S4 可以通过在智利现有望远镜上添加能源部探测器，同时在南极安装一些较小的望远镜来启动。根据该策略，国家科学基金会将最初仅资助运营。然而，能源部官员也预见到了一些障碍。该机构负责高能物理学的副主任詹姆斯·西格里斯特表示，白宫和国会之间的预算分歧正在华盛顿特区造成“很多不确定性”。他预测，推迟到 2027 年或 2028 年“很容易发生”。
本文经许可转载，最初发表于 2017 年 10 月 30 日。