銀河系“浮雲”輻射非原初引力波信號

南極望遠鏡發現了原初引力波信號的證據，但信號可能源於銀河系塵埃的輻射，BICEP2科學團隊面臨了原初引力波探索的兩難境地，團隊成員對探測數據的分析受到了科學界同行人士的質疑，他們低估了銀河系灰塵對天文觀測的影響。BICEP2探測器與普朗克衛星探測器的功能不同，普朗克科學團隊使用了不同的探測方法，他們近日發佈了觀測數據，從中揭示出BICEP2科學團隊接受的引力波信號可能源自星際塵埃，物理學家對原初引力波信號的發現翹首以盼。對BICEP2引力波信號的質疑延伸到宇宙學基本框架的“大爆炸理論”，原初引力波起源於宇宙大爆炸，巨大的能量好似波濤洶涌的海浪在“太空海洋”中擴散”。

原初引力波的發現將是宇宙大爆炸理論的一個重要證據，宇宙在誕生的極短時刻發生了暴漲。人們嘗試對宇宙的奧秘進行解釋，但隨之發現了科學解釋的疑難。大爆炸理論解釋了很多宇宙現象，然而，尋找宇宙大爆炸的天體物理證據十分艱難。天文學家使用了南極望遠鏡(BICEP2)，他們在河外星系的微波背景成像系統中發現了偏振現象。科學團隊在今年早些時候發佈，在微波背景輻射（CMB）中出現了原初“B型偏振”的信號。自從原初引力波信號的第一個觀測結果發佈之後，科學人士爭議連續不斷。

普朗克探測器的科學團隊近日發佈了分析數據，他們相信BICEP2科學團隊發現的原初引力波信號最有可能源於銀河系灰塵釋放的輻射，普朗克科學團隊與BICEP2科學團隊估計的灰塵數量不同，實際是更多的灰塵釋放了偏振信號。“B型信號”可能是本地星系中塵埃物輻射產生的，這不是極早期宇宙在急劇膨脹後留下的引力波印跡。宇宙學家普遍認爲，宇宙在大爆炸之後的大約10的負35秒經歷了一場巨大的膨脹。普朗克科學團隊沒有完全否認BICEP2科學團隊的結論，仍有可能找到原初引力波的證據，灰塵輻射和原初引力波的信號皆有可能。

BICEP2科學團隊在最初的聲明中聲稱，檢測標準達到了統計學意義的7西格瑪，高於統計學5西格瑪的黃金標準，他們初步證實了宇宙暴漲理論符合物理學發現的統計標準，但很多研究人員有自己的評價，BICEP2科學團隊的觀測數據在很大程度上低估了銀河系塵埃輻射產生的影響，他們可能混淆了原初CMB和灰塵輻射的兩種信號。CMB光子最後分散到太空，當第一次形成中性原子時，物質和輻射或中性原子和光子發生了“去耦”過程，CMB光子得以在太空中自由穿梭，最終形成了極其微弱的宇宙微波背景輻射。問題的關鍵是區分兩種輻射，一是CMB的光子輻射，二是星際塵埃輻射。

有些批評BICEP2科學團隊的研究人員聲稱，他們的觀測數據低估了灰塵輻射信號的效果，測量的頻率只設在單一的150GHz（千兆赫）頻道上。加拿大圓周理論物理研究所的尼爾·圖羅克主任發出了強烈的質疑聲音，BICEP2科學團隊的信號檢測只有一個頻率，單一的檢測方法存在很多的限制，沒有考慮在其它頻率檢測時出現的相同信號，很難判定BICEP2科學團隊檢測的信號必定是宇宙暴漲留下的確鑿證據。英國薩塞克斯大學的天體物理學家彼得·科爾斯指出，普朗克衛星發佈了最新的數據，很多積累的證據顯示，從銀河系的灰顆粒塵發出了偏振輻射的信號。

BICEP2團隊在2014年3月份發佈了引力波信號的探測成果，牛津大學和哥本哈根尼爾斯·波爾研究所的粒子物理學家蘇比爾·薩卡爾隨即發表了評論，他認爲BICEP2科學團隊觀測到的信號是由本星系中磁化的灰塵輻射產生的，在銀河系高緯度的太空區域發現了“灰塵斑點”，它們的輻射頻率在微波之上，在接收儀器上同樣產生了B型偏振信號，在BICEP2科學團隊觀測的太空區域出現了環狀塵埃體，這可能是科學團隊發生錯誤判斷的原因。

普朗克衛星的觀測數據確認了在BICEP2科學團隊的觀測區域出現了由銀河系的污染物產生的偏振輻射，薩卡爾建議將BICEP2團隊和普朗克團隊的觀測數據進行對比分析，最終找出問題的答案，普朗克團隊和BICEP2團隊不會停留在此起彼伏的爭議之聲中，兩大科學團隊很有必要進行合作研究，共同檢測和分析所有數據的內在含義，確認信號源是出自引力波，還是出自銀河系內的塵埃物，聯合團隊的檢測結果將在年底前初見分曉。普朗克探測器有更好的頻率覆蓋和全空域的搜索功能，BICEP2探測器則有更高的靈敏性，開展探測器的聯合搜索可能取得意想不到的效果，從聯合數據的分析中尋找不同信號源的證據。

天體物理學家彼得·科爾斯基本否定了原初引力波結果的可能，他認爲將來可以開發專門用途的衛星，新的衛星將靈敏性、空域覆蓋和頻率範圍的優勢相互結合，諸如：LiteBIRD和COrE衛星更適合未來探測的需要，普朗克衛星探測器發現了一些更乾淨的太空區域，避免了銀河系灰塵的干擾，有利於BICEP2科學團隊探測可能存在的原初引力波。地基觀測的偏振實驗室——諸如：南極望遠鏡、阿卡塔馬宇宙學望遠鏡在更乾淨的太空區域能夠獲得更有說服力的觀測證據。天體物理學家科爾斯相信，聯合團隊的合作研究在今後的3到5年可能解決原初引力波爭議的科學問題。

（編譯：2014-9-25）