银河系“浮云”辐射非原初引力波信号

南极望远镜发现了原初引力波信号的证据，但信号可能源于银河系尘埃的辐射，BICEP2科学团队面临了原初引力波探索的两难境地，团队成员对探测数据的分析受到了科学界同行人士的质疑，他们低估了银河系灰尘对天文观测的影响。BICEP2探测器与普朗克卫星探测器的功能不同，普朗克科学团队使用了不同的探测方法，他们近日发布了观测数据，从中揭示出BICEP2科学团队接受的引力波信号可能源自星际尘埃，物理学家对原初引力波信号的发现翘首以盼。对BICEP2引力波信号的质疑延伸到宇宙学基本框架的“大爆炸理论”，原初引力波起源于宇宙大爆炸，巨大的能量好似波涛汹涌的海浪在“太空海洋”中扩散”。

原初引力波的发现将是宇宙大爆炸理论的一个重要证据，宇宙在诞生的极短时刻发生了暴涨。人们尝试对宇宙的奥秘进行解释，但随之发现了科学解释的疑难。大爆炸理论解释了很多宇宙现象，然而，寻找宇宙大爆炸的天体物理证据十分艰难。天文学家使用了南极望远镜(BICEP2)，他们在河外星系的微波背景成像系统中发现了偏振现象。科学团队在今年早些时候发布，在微波背景辐射（CMB）中出现了原初“B型偏振”的信号。自从原初引力波信号的第一个观测结果发布之后，科学人士争议连续不断。

普朗克探测器的科学团队近日发布了分析数据，他们相信BICEP2科学团队发现的原初引力波信号最有可能源于银河系灰尘释放的辐射，普朗克科学团队与BICEP2科学团队估计的灰尘数量不同，实际是更多的灰尘释放了偏振信号。“B型信号”可能是本地星系中尘埃物辐射产生的，这不是极早期宇宙在急剧膨胀后留下的引力波印迹。宇宙学家普遍认为，宇宙在大爆炸之后的大约10的负35秒经历了一场巨大的膨胀。普朗克科学团队没有完全否认BICEP2科学团队的结论，仍有可能找到原初引力波的证据，灰尘辐射和原初引力波的信号皆有可能。

BICEP2科学团队在最初的声明中声称，检测标准达到了统计学意义的7西格玛，高于统计学5西格玛的黄金标准，他们初步证实了宇宙暴涨理论符合物理学发现的统计标准，但很多研究人员有自己的评价，BICEP2科学团队的观测数据在很大程度上低估了银河系尘埃辐射产生的影响，他们可能混淆了原初CMB和灰尘辐射的两种信号。CMB光子最后分散到太空，当第一次形成中性原子时，物质和辐射或中性原子和光子发生了“去耦”过程，CMB光子得以在太空中自由穿梭，最终形成了极其微弱的宇宙微波背景辐射。问题的关键是区分两种辐射，一是CMB的光子辐射，二是星际尘埃辐射。

有些批评BICEP2科学团队的研究人员声称，他们的观测数据低估了灰尘辐射信号的效果，测量的频率只设在单一的150GHz（千兆赫）频道上。加拿大圆周理论物理研究所的尼尔·图罗克主任发出了强烈的质疑声音，BICEP2科学团队的信号检测只有一个频率，单一的检测方法存在很多的限制，没有考虑在其它频率检测时出现的相同信号，很难判定BICEP2科学团队检测的信号必定是宇宙暴涨留下的确凿证据。英国萨塞克斯大学的天体物理学家彼得·科尔斯指出，普朗克卫星发布了最新的数据，很多积累的证据显示，从银河系的灰颗粒尘发出了偏振辐射的信号。

BICEP2团队在2014年3月份发布了引力波信号的探测成果，牛津大学和哥本哈根尼尔斯·波尔研究所的粒子物理学家苏比尔·萨卡尔随即发表了评论，他认为BICEP2科学团队观测到的信号是由本星系中磁化的灰尘辐射产生的，在银河系高纬度的太空区域发现了“灰尘斑点”，它们的辐射频率在微波之上，在接收仪器上同样产生了B型偏振信号，在BICEP2科学团队观测的太空区域出现了环状尘埃体，这可能是科学团队发生错误判断的原因。

普朗克卫星的观测数据确认了在BICEP2科学团队的观测区域出现了由银河系的污染物产生的偏振辐射，萨卡尔建议将BICEP2团队和普朗克团队的观测数据进行对比分析，最终找出问题的答案，普朗克团队和BICEP2团队不会停留在此起彼伏的争议之声中，两大科学团队很有必要进行合作研究，共同检测和分析所有数据的内在含义，确认信号源是出自引力波，还是出自银河系内的尘埃物，联合团队的检测结果将在年底前初见分晓。普朗克探测器有更好的频率覆盖和全空域的搜索功能，BICEP2探测器则有更高的灵敏性，开展探测器的联合搜索可能取得意想不到的效果，从联合数据的分析中寻找不同信号源的证据。

天体物理学家彼得·科尔斯基本否定了原初引力波结果的可能，他认为将来可以开发专门用途的卫星，新的卫星将灵敏性、空域覆盖和频率范围的优势相互结合，诸如：LiteBIRD和COrE卫星更适合未来探测的需要，普朗克卫星探测器发现了一些更干净的太空区域，避免了银河系灰尘的干扰，有利于BICEP2科学团队探测可能存在的原初引力波。地基观测的偏振实验室——诸如：南极望远镜、阿卡塔马宇宙学望远镜在更干净的太空区域能够获得更有说服力的观测证据。天体物理学家科尔斯相信，联合团队的合作研究在今后的3到5年可能解决原初引力波争议的科学问题。

（编译：2014-9-25）