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宇宙学

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宇宙微波背景的防御可能揭示古老的引力波

25 Jul 2016
红外宇宙:出现在红外光中的宇宙

英国和美国的物理学家已经展示了如何使用一种弥散宇宙辐射–宇宙红外背景(CIB)–创建另一个可能非常重要的变体的更好的地图–宇宙微波背景(CMB)。研究人员说,他们的工作涉及逆转引力透镜的作用,如果存在的话,将有助于发现被称为原始引力波的膨胀现象。

CMB是充满整个宇宙的古老微波辐射。它是在大爆炸之后数十万年释放的,当时原子核和电子结合形成中性原子。尽管其温度几乎是完全均匀的,但它确实包含比平均温度2.725略高(大约十分之一度)的补丁。 K.后来,更强大的太空观测站对这些起伏进行了详尽的研究。这些结果为宇宙通货膨胀理论提供了有力的支持。–描述了很早的宇宙时期–并给出宇宙中暗物质和暗能量的相对丰度的精确值。

如今,天文学家非常热衷于研究CMB中的变化’极化。特别是科学家想发现“B modes”,这是CMB方向上的显着差异’围绕热点和冷点的极化轴,这些热点既不与光斑同心,也不产生远离其延伸的半径。这些B 模式将指出假设的原始引力波的存在,它将确切地揭示宇宙何时经历其膨胀的膨胀爆发。

污染问题

2014年, BICEP2 合作大张旗鼓地宣布已观察到这些B 模式在它在南极运行的射电望远镜的数据中显示,但随后由欧洲航天局发布了结果’s 普朗克 任务表明,该信号可能是由于银尘以微波频率发射的信号。根据 帕特里夏·拉森(Patricia Larsen) 剑桥大学的研究人员认为,未来的实验应该能够通过观察多个波长的CMB,从而滤除灰尘的影响,从而在很大程度上克服这一问题。但是,她说,另一个,“more fundamental”,问题仍然存在–引力透镜污染数据。

当来自远方光源的光线被较近的大型物体弯曲时,就会发生引力透镜效应。它的作用是稍微改变CMB中要素的相对位置,这很有用,因为它可以提供有关早期宇宙结构形成方式的信息。镜头也可以旋转所谓的E模式偏振–涉及同心和径向极化变化–进入B模式,从而掩盖了来自原始引力波的B模式信号。

在最新的工作中,Larsen及其同事展示了如何使用CIB显着降低这种透镜效应。–星系产生的红外辐射太远,无法用望远镜单独分辨。这样的星系距离CMB透镜大约正确的距离,因此,它们的红外发射的空间分布应提供一个强有力的指示,表明CMB透镜在整个天空中如何变化。然后可以使用此信息从原始波动中减去镜头效果。

尘土飞扬

但是,银河中的尘埃也会在红外线中发出大量辐射。拉森(Larsen)和同事所做的工作是利用粉尘的发射在不同的红外频率下高度相关这一事实。使用普朗克在两个这样的频率上进行的观测,他们能够在很大程度上消除CIB的银河污染。

不幸的是,研究人员没有’就其目的而言,将无法获得具有足够高信噪比的CMB极化数据。但是,他们确实表明,他们可以从普朗克CMB温度图中消除大约20%的透镜效应–符合理论预测。 Larsen认为B模式测量的百分比可能更高,并且更精确“delensing”技术可能会变得可用。“可能有更好的方法可以做到这一点,我们将对此进行研究,” she says. “但要点是,没有人相信您可以很好地清除灰尘,从而做到这一点。”

马克·卡米翁科夫斯基 of Johns Hopkins University in the US, who was not involved with the current work, agrees that other 脱逃 techniques might prove more powerful in the future. But he says it is important that scientists have for the first time backed up theoretical predictions of 脱逃 with an analysis of real data. “有了这篇论文,这些家伙就获得了吹牛的权利,” he says.

“Best way forward”

同样 吉尔伯特·霍尔德 of McGill University in Canada says that the CIB is probably not correlated closely enough to the distribution of large-scale structure in the universe for this type of 脱逃 to “挖掘未来B模式搜索的全部发现潜力”。但他认为,CIB方法是“当前一代实验的最佳方法”.

拉森指出,科学家们不知道任何B模式信号可能有多小。但是她仍然估计,去除大约一半的镜头信号会“roughly double”发现原始引力波的机会。“这些实验投入了大量资金,” she adds. “因此,我们确实需要尝试创建检测信号的最大可能机会。”

描述该研究的论文已上传至 arXiv 服务器.

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