天文学家找到宇宙大爆炸的第一手证据

引力波触发的涟漪（图片来自http://www.comgeo.net/archives/24179#more-24179）

中国天气网讯 日前国外几大网站同时刊登一个重大天文发现－来自大爆炸的引力波证据。北京时间18日凌晨，哈佛－史密森天体物理中心的John Kovac博士向世界宣布，他和他的团队找到了宇宙大爆炸的第一手证据。

这些引力波是“大爆炸的第一个颤动”。他们的数据显示了引力波，或时空涟漪的第一手图像，最终证实了量子力学与广义相对论之间有着很深的关系。“探测这个信号是今天宇宙学中最重要的目标之一。许多人的许多工作都为这个做准备。”BICEP2团队的领导人John Kovac说，他是哈佛－史密森天体物理中心的物理学家。

这些开创性的结果来自BICEP2望远镜对宇宙微波背景的观测－大爆炸遗留下来的微弱光线。这余辉中的细小波动提供了早期宇宙条件的线索。例如，天空中温度的细小差异显示了宇宙中哪部分密度比较大，最终凝聚成星系和星系团。

这是利用美国宇航局威尔金森各向异性探测器（WMAP）长达9年时间内积累的数据构建的详尽的宇宙初期全天地图。这张图像可以看出宇宙微波背景在空间上分布的微小不均一性。（图片来自：http://tech.sina.com.cn/d/2014-03-18/01139248537.shtml）

虽然宇宙微波背景只是光的一种形式，但是它展现了光的所有性质，包括偏振。在地球上，太阳光经过空气散射，变成偏振的，这就是为什么偏振太阳镜有助于减少眩光。在太空中，宇宙微波背景经原子和电子散射，也变成偏振的。BICEP2团队捕捉到了称为’B-模式’的一种特殊偏振状态，这表明了古老光线在偏振方向上呈扭转或’卷曲’的形式。

引力波在行进时，会挤压太空，而且这种挤压会在宇宙微波背景中产生一种截然不同的形式。引力波具有偏手性，很像光波，会有左旋和右旋偏振。由于涡旋形B-模式具有偏手性，所以它们是引力波一个独特的签名。这是引力波穿越原始天空的第一张直接的图像。

小组从1度到5度检查了天空的空间尺度（这个尺度是满月的2到10倍的宽度）。为了做这些，他们跑到了南极，因为那里寒冷、干燥、空气稳定。“南极是最近能到达太空且还在地球上的地方，”Kovac说，“它是地球上最冷、最干净的地方，尤其适合观测来自大爆炸的微弱微波。”

探测到B-模式偏振信号比很多宇宙学家预期的要强烈很多，他们也很惊讶。小组分析了3年多的数据，以尽量排除任何误差。他们也假设星系尘埃是否会引起观测到的形式，但是数据显示这是极不可能的。“这好比我们在干草堆中寻找一根针，却发现一个铁撬，”合作领导人Clem Pryke说（美国明尼苏达大学）。

这项工作对于一些我们最基本的问题提供了新的见解：为什么我们存在？宇宙是怎么开始的？这些结果不仅仅是爆炸的一个确凿证据，它们还告诉我们爆炸是什么时候发生的，这个过程有多大的威力。（杨亚芬编译）