两项研究认为“没有证据支持或反对引力波”
时间:2017-12-08

  两项研究的结论是“没有证据支持或反对引力波” - 新闻 - 科学网

  没有引力波的证据。然而,直到发布更精确的尘埃图,才能得出最终的结论。

  最近有两项新的研究显示,今年春天一些天文学家发布了原始引力波的证据,他们有些过于谨慎,因为他们没有正确地解释银河尘埃的混合效应。虽然进一步的观察可能会显示出摆脱噪音的迹象,但目前的独立专家小组表示,他们不再认为原始数据构成重要的证据。

  发现诺贝尔奖

  3月17日,哈佛 - 史密松天体物理中心的天文学家约翰·科瓦克(John Kovac)宣布他们是第一个找到宇宙中原始引力波存在的直接证据。研究人员表示,他们在南极洲使用BICEP2射电望远镜,发现一个模糊的绕组模式,使大爆炸余辉的CMB极化。天文学家相信这个模型是原始引力波的证据。

  原始引力波是爱因斯坦在1916年发表的广义相对论中提出的,它是宇宙初始产生的一种时空波动,随宇宙演化而减弱。科学家们说,原始的引力波,就像宇宙大爆炸的回声一样,将有助于追溯到一个极短暂的快速扩张时期,即所谓的疯狂时期。

  另一方面,微波背景辐射是一种微弱的电磁波,在宇宙中均匀地散射,就像埋藏在宇宙中的化石一样,记录着早期宇宙的许多信息。微波背景辐射中的微波由于原子和电子的散射而被极化。本研究所寻求的是一种称为B模式的特殊偏振模式,其特点是形成了一个漩涡,这是一个宇宙早期的时空涨落,即原始重力波留下的独特的印记。

  通过观察,研究人员发现比预期更强的B模式偏振信号,经过三年多的分析,排除了其他可能的来源,证实这是原始引力波在繁荣时期穿越宇宙的结果。这意味着飞升的宇宙论理论迄今为止拥有最强有力的证据,将有助于人们更多地了解飞速发展的过程。

  当时,这个发现引起了轰动,因为它似乎证实了宇宙膨胀的理论。这将有助于回答宇宙诞生的奥秘,被认为是诺贝尔奖水平的重大成就。春季大扫除已经开始,几乎所有的事情都被排除了。麻省理工学院的宇宙学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)说,这不仅震动了实验领域,而且震动了理论世界。

  另外,亚利桑那州立大学的物理学家劳伦斯·克劳斯在接受采访时也告诉记者,虽然结果还需要进一步验证,但无论是什么样的结果都是令人兴奋的,而且在过去的25年中将是最重要的宇宙学在专栏中找到。

  然而,最近两个独立研究小组的分析表明,这些极化信号在CMB极化中可能只是由银河系中的尘埃引起的。

  粉尘效应

  据我们所知,我们没有任何证据支持或反对引力波。加州大学伯克利分校的天体物理学家Uros Seljak说,新的研究合作者之一。

  但是BICEP2研究之一的帕萨迪纳加州理工学院的物理学家詹姆斯·博克(James Bock)说,虽然他的研究小组的主要论文是根据许多意见进行修改和重新提交的,但没有任何关于引力的证据海浪被撤回。

  博克说,BICEP2望远镜的观测结果基本没有变化。

  纽约大学理论物理学家拉斐尔·弗洛伊格(Raphael Flauger)发表了他的研究和批评的结果。 Flauger重新检查了BICEP2研究小组所使用的尘埃偏振光谱,并得出结论认为,哈佛 - 史密松天体物理中心的研究人员可能低估了图中灰尘引起的极化。该数据汇总了欧洲空间局普朗克卫星在2009年至2013年收集的数据。

  弗洛伊格说,当尘埃被完全解释时,可以归因于引力波的信号要么消失,要么被大大削弱。

  我曾经认为这个结论是非常坚定的。麻省理工学院的宇宙学家阿兰·古斯(Alan Guth)说,他首先在1980年提出了宇宙膨胀理论。在了解了弗洛伊格的研究之后,古特说情况已经改变了。

  事实上,相关图仅包括BICEP2研究小组在其结论中测试尘埃效应的六个模型中的一个。

  但是,Flauger及其合作者Prince David University的David Spergel和Colin Hill在5月28日发表在arXiv印前服务器上的一篇研究报告中对该模型的其余部分表示怀疑,他们提到所有这些模型都基于由银河系粉尘造成的总偏振极低估计约为3.5%至5%。

  Spergel表示,在BICEP2研究团队分析后发布的更详细的普朗克(Planckian)地图上的新信息显示,该值接近8-15%。他还承认,这个较高的百分比是推断,因为最新的Planckot地图排除了南极地区的天空,BICEP2小组检查了该地区。 Spergel表示,3.5%和8%之间的差别可能看起来很小,但是由于BICEP2望远镜检测到的信号取决于极化的平方,所以它很有意义。

  使用这些更新的数字,没有发现引力波的证据。 Spergel声称这与灰尘是一致的。不过,他还表示,要想得到更准确的尘埃图,就不能得出最终的结论。普朗克小组计划在十月份发布地图。

  灰尘可能导致BICEP2望远镜观察到的全部或大部分信号。普林斯顿大学(Princeton University)的宇宙学家保罗·斯坦哈特(Paul Steinhardt)没有参与这项研究。

  博克在接受采访时表示,他没有时间在出版时阅读弗洛伊格,斯佩格尔和希尔的文章,作者在出版前几小时就把文件发给了他和其他BICEP2小组成员。

  保守的重新测试

  在第二次分析中,Seljak和他的同事Michael Mortonson以更保守的方式审查了BICEP2小组的结果。由于无法测量南极天空尘埃引起的极化的数量,Seljak和Mortonson将其分析限制在天空中不同空间尺度的尘埃所发射的已知量的微波强度上。研究人员在假设包括南极地区在内的整个天空都以相同的方式发生了尘埃变化的强度之后,发现没有明显的证据支持BICEP2望远镜观测到的引力波信号。

  Seljak和Mortonson还重新检查了BICEP2望远镜观测到的信号强度如何随微波频率变化的数据。 BICEP2小组认为,与上一代望远镜BICEP1在100 GHz频段记录的数据相比,在150 GHz记录的信号强度与预期的灰尘强度模式不符。这个结果似乎支持引力波和尘埃之间的11:1差异。

  但Seljak和Mortonson表示,BICEP2研究小组并没有排除频率分析中的小规模数据。这是一个问题,Seljak说,因为在一个小的空间尺度上,引力透镜就像在更大的空间尺度上引力波所印象的极化模式。

  对于透镜信号,原始引力波信号优先于灰尘的概率小于2:1,换句话说,它根本不是一个重要的概率。 Seljak说。

  然而,BICEP2研究小组没有回应Seljak和Mortonson的论文。

  Seljak表示,由BICEP2团队建造的Keck阵列南极望远镜预计将很快收到新的数据,这将成为BICEP2信号真实性的试金石。

  博克说,他和他的同事们正在热切地等待今年秋天即将到来的普朗克地图,现在已经有了Keck阵列望远镜收集的更好的95Ghz和150Ghz的数据。

  在过去的十多年间,已经进行了一些研究项目,包括普朗克卫星,极地地面实验和南极的另一个南极望远镜实验,其中普朗克卫星由欧洲空间运行机构在2009年5月发射,耗资约7亿欧元的全天空微波背景辐射观测望远镜。

  此前,有媒体表示,哈佛 - 史密松天体物理中心的新发现不仅填补了广义相对论实验验证中缺失的一部分难题,使现代物理学的基础更加扎实,也鼓舞了引力波研究人员的士气。促进有关国家进一步加大投资力度。 (张章)

  中国科学通报(2014-06-04第3版国际)