BICEP2/Keck找不到来自早期宇宙的引力波的确凿证据

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一项新的数据分析没有发现早期宇宙引力波的确凿证据,表明BICEP2 / Keck检测到的大部分信号来自银河系中的尘埃。 /

对普朗克空间飞行任务和地基实验BICEP2的数据进行联合分析后发现,尽管有早期的可能的探测报告,但没有发现宇宙诞生的引力波的确凿证据。团队之间的合作已经产生了关于来自古代引力波的信号应该是什么样的最精确的知识,以帮助未来的搜索。

普朗克是欧洲航天局的一项重要任务,对NASA有重大贡献。 BICEP2及其姊妹项目Keck Array位于南极,由美国国家科学基金会资助,同时也是NASA的捐款。

美国宇航局喷气推进实验室美国项目科学家查尔斯劳伦斯说:“通过对两组数据进行分析,我们可以获得比单独使用任何一种数据集更加明确的情况。”美国国家航空航天局喷气推进实验室美国项目科学家查尔斯劳伦斯说。 “联合分析表明,BICEP2 / Keck检测到的大部分信号都来自银河系中的尘埃,但我们无法排除低电平的引力波信号。这是科学进步的好例子,一步一个脚印。“

普朗克和BICEP /凯克都设计用于测量138亿年前诞生的宇宙遗迹辐射。关于宇宙历史的非凡信息来源在于这种“化石”辐射,称为宇宙微波背景(CMB)。普朗克将CMB映射到整个太空,而BICEP2 / Keck专注于南极上一片清脆的天空。

2014年3月,天文学家发表了来自BICEP2 / Keck实验的有趣数据,发现在我们的宇宙诞生时似乎是一个可能的信号。如果信号确实来自早期的宇宙,那么它将证实古代引力波的存在。据推测,这些波浪是由我们的宇宙中一个爆炸性和非常迅速的增长时期产生的,称为通货膨胀,当宇宙只有一秒的一小部分时发生。

具体而言,BICEP / Keck实验发现了称为B模式的偏振光“卷曲”模式的证据。由于引力波稍微挤压和拉伸空间结构,这些图案将印在CMB灯上。极化描述了光的特定属性。通常,光携带的电场和磁场在所有方向上均匀振动,但当它们优先在某个方向上振动时,光线就会被极化。

“BICEP2报道的旋涡偏振模式,也清楚地显示了来自Keck阵列的新数据,”帕萨迪纳加州理工学院的Jamie Bock和BICEP2 / Keck和Planck团队的成员JPL说道。

“寻找这个早期宇宙的独特记录非常令人兴奋,因为这个微妙的信号隐藏在中巴的两极分化中,它本身只占整个光线的百分之几,”扬·陶伯说。 ,欧洲航天局的普朗克项目科学家。

识别原始B模式的最棘手的方面之一是将它们与我们银河系中星际尘埃更接近我们的那些相分离。

银河系弥漫着气体和尘埃的混合物,与CMB的频率相似,而这种更接近或前景的辐射会影响观测到的最古老的宇宙光。需要非常仔细的数据分析来分离CMB的前景辐射。

“当我们首次在我们的数据中检测到这个信号时,我们依赖于当时可用的银河尘埃发射模型,”马萨诸塞州剑桥哈佛大学BICEP2 / Keck合作的联合首席研究员John Kovac说。 “这些似乎表明,为我们的观察选择的天空区域相对缺乏灰尘。”

BICEP2 / Keck实验以单一微波频率收集数据,难以分离来自银河系和CMB中尘埃的排放。另一方面,普朗克在九个微波和亚毫米频道观察了天空,其中七个还配备了偏振敏感探测器。其中一些频率被选择来测量银河系中的尘埃。通过仔细分析,这些多频数据可以用来区分排放的各种贡献。

普朗克和BICEP2 / Keck团队联手,将空间卫星处理前景的能力与多个频率处的观测结合起来,以及地基实验在天空有限区域的更高灵敏度。

“工具中的噪音限制了我们可以从通货膨胀中寻找信号的深度,”博克说。 “BICEP2 / Keck测量了一个波长的天空。要回答多少信号来自星系,我们使用普朗克测量多个波长。通过将BICEP2 / Keck和Planck测量结合在一起,我们得到了很大的提升,这是目前可用的最佳数据。“

最后的结果显示,大部分原始的BICEP2 / Keck B模式信号,但不一定全部都可以用我们银河系中的尘埃来解释。至于宇宙通货膨胀时期的迹象,问题仍然存在。

Planck / BICEP / Keck联合研究为通货膨胀引起的引力波数量设定了一个上限,这可能是当时产生的,但水平太低而不能被本分析所证实。

“由于引力波引起的信号的新上限与我们之前使用CMB的温度波动获得的上限一致。引力波信号仍可能在那里,而且搜索结果肯定是开着的,“来自JPL的BICEP2和Planck团队的成员Brendan Crill说。

有关研究结果的论文仍在进行同行评议。

NASA和JPL为BICEP和Keck阵列实验以及普朗克空间望远镜开发了探测器技术。加州理工学院为NASA管理JPL。

PDF研究副本:BICEP2 / Keck阵列和普朗克数据的联合分析

来源:惠特尼克拉文,喷气推进实验室

图片:ESA / Planck协作

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