「北極熊」望遠鏡發現B模式極化

（圖）Steed 發表於  今天15:28

　　

　　「北極熊」望遠鏡，位於智利的阿塔卡馬沙漠。圖片來源：simonsfoundation.org

　　宇宙學家已經對宇宙微波背景輻射中的極化現象，進行了迄今為止最靈敏和最精確的測量。

　　70多位科學家構成的一個研究團隊，利用一台架設在智利阿塔卡馬沙漠上、專為捕捉宇宙中最古老光線而設計的望遠鏡，做到了這一點。他們將自己的初步結果發表在了10月20日出版的《天體物理學報》（Astrophysical Journal）上。

　　「這確實是一個重要的里程碑，」論文通信作者卡姆·阿諾德（Kam Arnold）在美國加利福尼亞大學聖迭戈分校官網發布的一篇新聞稿中說，「我們進入了一個更強大、更精確的宇宙學新時代。」阿諾德是該校天體物理及空間科學研究中心的研究科學家，已經為這台望遠鏡工作了10年。

　　「北極熊」望遠鏡（POLARBEAR）測量的是來自宇宙大爆炸本身的殘留輻射，隨著宇宙的膨脹，這種輻射的波長已經被拉伸到了微波波段。這種宇宙微波背景（CMB）成為了一種無處不在、照耀著宇宙大尺度結構的背景光源，其中攜帶著關於宇宙演變歷史的印記。

　　阿諾德等人開發出了一些靈敏的設備，被稱為輻射熱測量計（bolometer），用來觀測這種光線。這些輻射熱測量計排布在望遠鏡中，記錄著來自天空中多個區域的入射光線里電場所指的方向。

　　阿諾德在新聞稿中解釋說，「這張地圖標明了光線里的電場所指的所有這些小方向。」

　　「北極熊」望遠鏡測繪這些小方向的角解析度達到了大約3角分，只有天空中滿月視直徑的1/10。

　　

　　「北極熊」望遠鏡觀測到的宇宙微波背景中的極化。圖片來源：「北極熊」望遠鏡團隊

　　這個團隊在宇宙微波背景的極化中發現了被稱為「B模式」的明顯的扭曲圖案。這些印跡表明，宇宙中的這種背景光線，已經在傳播過程中被沿途經過的物質結構扭曲了。這些物質包括神秘的暗物質，以及出了名難以捉摸的中微子。

　　這份初步報告只公布了首個觀測季的結果，繪製出了3小片天區的B模式圖案。

　　我們銀河系內的塵埃也會發出極化輻射，與CMB類似，已經對其他觀測產生了影響。不過阿諾德在新聞稿中說，「北極熊」望遠鏡觀測的這幾塊天區相當乾淨。由銀河系塵埃導致的CMB極化變化發生在更大的尺度上，不會對這項研究中繪製的更為精細的B模式極化圖案造成顯著的影響。「我們確信，這些B模式極化源自宇宙學尺度，而非源自銀河。」

　　這項觀測還在持續，最終其他望遠鏡也會加入進來，構成西蒙斯望遠鏡陣（Simons Array），提供更多的觀測數據。他們齊心協力，將繪製更大片天空的極化地圖，讓科學家有機會從中做出基礎性的發現。

　　宇宙微波背景中的B模式極化，果殼網的讀者想必並不陌生。就在今年上半年，BICEP2團隊宣布，他們在CMB中率先找到了B模式極化，當時認為這可能是宇宙暴脹時期產生的原初引力波留下的印跡。研究團隊成員哈佛蘇萌還專門為果殼網撰文介紹他們的這一進展（詳見：我們看到了宇宙誕生的最初瞬間）。不過，後續有研究指出，BICEP2團隊觀測到的B模式極化，也有可能是銀河系內的塵埃所產生的干擾信號（詳見：原初引力波，還是銀河系塵埃？）。

　　對於此次「北極熊」望遠鏡宣布發現CMB中的B模式極化，果殼網專門聯繫了哈佛蘇萌。他對果殼網解釋說，由於觀測的尺度不同，「北極熊」觀測到的B模式極化所涉及的物理過程，主要是CMB在傳播到我們的途中所經歷的引力透鏡效應，與他們想要探測的暴脹時期的原初引力波沒有關係。

　　哈佛蘇萌表示，他們正與普朗克探測器的研究團隊合作，以確定BICEP2觀測到的結果有多少來自於銀河系的塵埃，又有多少可能來源於原初引力波。（編輯：Steed）

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