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欧洲空间局确认宇宙原初引力波的发现乃是一个错误

2015年02月04日08:58    来源:中国科技网-科技日报    手机看新闻
原标题:欧洲空间局确认宇宙原初引力波的发现乃是一个错误

  在兴奋与幻灭间震荡

  欧空局确认宇宙原初引力波的发现是一个错误

  上图 这是南部天空的一部分,大幅背景图是欧洲普朗克卫星获得的数据,其中用白点虚线圈出的小块天区则是去年南极BICEP2望远镜观测的天空区域。 下图 位于南极的BICEP2望远镜(右)。

  今日视点

  本报记者 华 凌 综合外电

  去年3月17日,包括美国哈佛—史密森中心在内的联合研究团队宣布了人类科学的一项重大突破——发现了宇宙原初引力波,犹如一石激起千层浪。

  将近一年过去,今年1月30日,仍然是这支美国科学家团队和欧洲空间局(ESA)普朗克卫星的科学家正式确认,那个发现乃是一个错误。

  这个科学事件的波折着实令人抱憾可惜,但对于科学家来说,这并不能阻挡他们继续探索宇宙的步伐。

  原来是个错误

  去年,设在南极的美国BICEP2望远镜团队声称:“发现了原初引力波穿越婴儿宇宙留下的印记。”其成为宇宙暴涨理论的第一个最有力验证,该研究成果同时有望揭示宇宙诞生之谜。

  该报告称,这项突破性成果来自于BICEP2望远镜对宇宙微波背景辐射的观测。研究人员于南极发现了比预期中要强烈得多的一个B模式极化信号,该模式被认为只能是暴涨产生的引力波创造的。并经过3年多的时间检验,排除了其他可能的来源。

  然而,一年之后新的研究证实,这其中恰恰存在其他可能的来源。之前,许多科学家对这个结论是否是正确的也一直报有怀疑态度。

  据《自然》官方网站、英国广播公司在线版1月30日报道,欧洲空间局当天正式对外发布了令人期待已久的确认结果:新的联合分析数据揭示,曾经发现的那个信号可完全归因于银河系内的尘埃干扰,而非来源于一个更为古老的宇宙起源。相关论文已经提交给《物理评论快报》进行同行评审。

  在欧空局的一份声明中,普朗克项目、奥尔赛巴黎第十一大学天文学家让-鲁普·普盖特表示:“这项联合工作显示,一旦将银河系内尘埃信号的影响剔除,此前有关原初引力波B模式信号的探测结果不再可靠。因此,很遗憾地说,我们未能确认此前探测到的信号是宇宙暴涨的遗迹。”

  然而,在此前一天,普朗克卫星团队的法国成员不经意间在网站上已发布了有关消息内容,并在察觉到并将其删除之前已被读者广泛传播扩散。

  英国剑桥大学、普朗克项目组研究员乔治·艾夫斯塔休将1月29日发生的泄密事件描述为“不幸而粗心之举”。他说:“BICEP成员发现其当初未能处理好正确宣传的问题,因此,每个人都希望这次联合研究的结果能以一种更加谨慎的方式发布。”

  美国宾夕法尼亚州乔治梅隆大学的宇宙学家拉尔夫·弗劳格是最早对去年BICEP2的研究结果提出质疑的科学家之一,他赞同在这一问题上的看法,他表示:“很遗憾这样一项外界翘首以盼的分析结果竟然最终是以这样一种方式公诸于众的。”他拒绝了对这项联合分析的细节进行评论的请求,因为相关的论文还尚未发表。

  反复求证比对

  在继去年3月份南极BICEP2望远镜发现宇宙极早期引力波信号之后,欧洲空间局普朗克卫星介入了调查,欧洲科学家使用这台空间望远镜的数据后发现,所谓的原初引力波证据并不充分,为了进一步论证这个发现,夏威夷的凯克望远镜也加入了鉴别工作之中。

  之前通过南极BICEP2射电望远镜设备发现的结果,取决于在宇宙大爆炸留下的遗迹——宇宙微波背景辐射(CMB)中,探测到某种细微的“卷曲”偏振结构。研究小组将这种模式归结为生成于宇宙开端之际的引力波,即时空中的涟漪。天文学家认为,当时宇宙经历了短暂而动荡的扩张暴涨期。如果原初引力波被检测到,会非常成功地被确认,但暴涨理论却未经证实。

  然而,银河系中的尘埃同样可以发出偏振光线,会形成相同的“卷曲”结构印记。在过去的一年间,很多天文学家都曾不止一次地指出,美国BICEP2研究小组是被银河系内的尘埃信号愚弄了。而现在普朗克—BICEP2研究小组的联合分析确认,BICEP2去年的分析结果不能说是发现了原初引力波的证据。

  在这项联合分析中,研究人员用去年BICEP2在150GHz频率获得的数据与普朗克望远镜在353GHz频率获得的同一片天空数据进行叠加。其中后者在这一频率上获得主要的偏振光来自尘埃,当然其也能够在低频率记录偏振信号。叠加后的这两组数据被证明匹配,前者数据中信号最强的区域在后者尘埃信号数据中也同样是最强的,这意味着BICEP2所获的信号几乎完全来自于尘埃的影响。

  在欧空局的声明中,去年发表这项原初引力波研究工作的主要负责人、美国哈佛—史密森天体物理学研究中心下属南极BICEP2项目的首席科学家约翰·科瓦克博士表示:“我们第一次在数据中察觉到这一信号时,参照的是当时所能够获得的银河系尘埃辐射参数。这样分析的结果显示选择供我们研究的天空区域的尘埃偏振信号要远低于所探测到的信号强度。”

  弗劳格也指出:“很清楚的一点是,在BICEP2去年3月份发表的报告中,银河系尘埃的影响被低估了,这与我们此前的质疑论文中指出的问题相一致。”

  秉承科学精神

  1916年,爱因斯坦于提出的广义相对论预言了宇宙原初引力波的存在,但科学界此前一直没有找到这种波存在的证据。而如果发现了它,可谓填补了广义相对论实验验证的最后一块缺失拼图,从而也意味着广义相对论的胜利。

  也许很多人会说“现在再也不相信BICEP2探测到原初引力波的信号了”,然而,最新的研究发现并不意味着寻找到宇宙微波背景辐射信号是不可能做到的,这一联合分析的结果仅仅说明的是,设在南极的BICEP2设备不能在银河(星系射电)噪声中探测出真正所需的信号。

  未参加这两个研究组的美国约翰·霍普金斯大学宇宙学家马克·卡米奥科夫斯基表示:“我们有着清晰的路径。如果能够在多重频率波段开展更多这种测量工作,最终能够将尘埃信号与被淹没的真正原初引力波信号精确区分开,并且可以更全面地搜寻引力波。”

  此次正式确认这个错误的团队,是由曾宣布发现宇宙原初引力波结果的美国BICEP2望远镜团队本身,与欧洲空间局(ESA)普朗克卫星的科学家共同组成的。

  成功往往建立在诸多失败的基础之上。科学家在科学研究的道路上探索,出现错误实属正常,波折是一种常态,关键是公布于众的研究结果要经得起反复推敲、论证,甚至是质疑,而出现失误或者错误更要勇于面对和承认,继续求证探索,才不会违背科学的精神。

(责编:赵竹青、马丽)


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