科學家捕獲宇宙微波背景漩渦有助揭示大爆炸后瞬間景象

　　本報訊 科學家已經觀測到宇宙大爆炸的輻射——所謂的宇宙微波背景(CMB)——中的漩渦模式。由于研究人員已經了解這些特殊的漩渦或者說“B-模式”起源于傳統天體物理學，因此該觀測結果本身并不驚人。不過，研究表明，科學家正在接近一個更大的發現：在嬰兒期貫穿整個宇宙的引力波產生了B-模式。該觀測將會使科學家更加直觀地了解在宇宙大爆炸后不到一秒鐘的時間里發生了什么，還可能闡明所有這一切是如何開始的。

　　“我認為這是一個很大的進步。”美國馬里蘭州巴爾的摩市約翰斯·霍普金斯大學宇宙學家Charles Bennett如是說，他并沒有參與觀測。“這是我們可以了解引力波信號的一個充滿希望的跡象。”

　　自1965年被發現起，CMB就為宇宙學家證明了大量信息。1992年，美國宇航局(NASA)宇宙背景探測器(COBE)測量了輻射光譜，并發現它具有科學家所期待的特點。COBE還探測到CMB溫度的10萬種變化中的一部分，揭示了很多宇宙信息。2003年，NASA的威金森微波非等向性探測器(WMAP)和其他實驗對這些變化進行了統計研究，發現其與一個模型相吻合。在該模型中，宇宙包含5%的普通物質、24%的暗物質，以及71%的暗能量。今年早些時候，歐洲航天局(ESA)的普朗克太空探測器有力地證實了該標準宇宙模型。

　　科學家懷疑，CMB可能還隱藏著更多的信息。根據標準物理學，溫度變化反映了新生宇宙的微小量子波動。宇宙在最初的比光速還要快的膨脹中，反復加倍增長至原大小的60倍，這些量子波動也擴大至巨大的規模。暗物質和普通物質在受到引力作用后，也進入到波動中，成為星系的雛形。宇宙膨脹也可能在CMD中留下了印記。

　　CMB中的微波可以像湖面反射光一樣發生偏振。在一片天空中，隨機的偏振模式可以被分為兩個有所重疊的部分：B-模式——偏振形成右旋或者左旋，以及不能形成左旋或右旋的E- 模式。早期宇宙中物質聚合只能形成E-模式，而宇宙膨脹期間的引力波可以產生B-模式。那些“最初的”B-模式強度可以揭示宇宙在膨脹期間的能量強度，并解釋宇宙膨脹是如何發生的。

　　不過，科學家必須首先探測到B-模式的任何形式。這正是使用10米南極望遠鏡(SPT)的研究團隊所做的事。該團隊的領導者、加拿大蒙特利爾麥吉爾大學的天體物理學家Duncan Hanson在論文中描述，B-模式可能來自太陽系的“前景”輻射，或者是當由巨大的物質網絡填充的宇宙的引力扭曲了CMB中的E-模式圖像時產生的。7 月22日，該論文發表在arXiv預印本文獻庫上。

　　開始時，Hanson和同事使用了ESA的赫歇爾太空望遠鏡的宇宙紅外輻射數據估算宇宙的質量分布。然后，他們計算了該質量分布對SPT觀測到的E-模式圖像的影響，以此預測伸展小于1度的B-模式。通過使用該模板，研究人員可以從數據本身中梳理出B-模式。Hanson稱，僅使用CMB數據來觀測B-模式是可能的，但是“我們試圖在首次探測中盡量保守，所以我們選擇了對設備影響最不敏感的分析”。普林斯頓大學的宇宙學家David Spergel表示，觀測本身可能很有用。對CMB中遙遠星系或溫度變化的圖像觀測已經提供了宇宙中物質分布的信息。不過，對CMB偏振的觀測應該可以提供更清晰的分布信息。

　　Bennett稱，普朗克太空探測器并不是專為尋找B-模式所設計的，所以要想完成該發現還需要漫長的觀測。他還表示，理論并不能預測最初的B-模式的信號強度。“我們真的不清楚膨脹信號有多么弱，所以我們也許不能由此取得進展。”不過，他說，信號應該比想象中強烈——在這種情況下，在幾個月之后，普朗克太空探測器獲得更多數據時，也許就會有新的發現。