最精確的宇宙快照揭開(kāi)面紗

在意大利費(fèi)拉拉市的一個(gè)宮殿里，宇宙學(xué)家展示了迄今為止最為詳盡的宇宙初期的天體圖。2014年12月1日發(fā)布的公告開(kāi)啟了為期l周的會(huì)議，會(huì)議中展出了歐洲航天局的普朗克衛(wèi)星的最新發(fā)現(xiàn)。最新的結(jié)果大部分確認(rèn)了此前對(duì)宇宙構(gòu)成的測(cè)量，但是也排除了某些關(guān)于暗物質(zhì)想法的可能性。暗物質(zhì)是一種奇異的物質(zhì)，它被認(rèn)為可將星系結(jié)合到一起。

這次的發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有帶來(lái)重大的驚喜，來(lái)自普林斯頓大學(xué)的宇宙學(xué)家David Spergel說(shuō)道。就像大多數(shù)研究人員一樣，他依靠電子郵件和Twitter來(lái)收聽(tīng)最新的結(jié)果。與2013年普朗克首次發(fā)現(xiàn)的結(jié)果相對(duì)比，這次改變得并不多。我們生活在擁有138億年歷史的宇宙中，其中原子及它們的亞原子組成部分僅僅占據(jù)所有質(zhì)量與能量的4.9%，暗物質(zhì)占據(jù)了26.6%，還有68.5%的物質(zhì)存在于更加神秘的暗能量中——那是一種斥力，它主導(dǎo)了宇宙的擴(kuò)張。

對(duì)于確定宇宙擴(kuò)張速度的哈勃常數(shù)而言，普朗克的測(cè)量數(shù)值在最新的結(jié)果中以67.3 （km/s）/Mpc（Mpc表示百萬(wàn)秒差距）保持穩(wěn)定。這個(gè)數(shù)值與此前從對(duì)超新星的觀測(cè)中得到的數(shù)值不盡相同，它略高于那個(gè)數(shù)值。最近對(duì)于超新星數(shù)據(jù)的再分析使得這2個(gè)數(shù)值進(jìn)一步接近。

普朗克衛(wèi)星花費(fèi)了4年多的時(shí)間從宇宙的微波背景中收集光，釋放到宇宙中的首道光大約是在宇宙大爆炸的38萬(wàn)年之后。此前發(fā)布的結(jié)果僅僅以普朗克衛(wèi)星第1年左右的測(cè)量為基礎(chǔ)，對(duì)于來(lái)自于天空中不同位置的光束，它們?cè)趶?qiáng)度方面是略有不同的。那些變動(dòng)可以繪制出早期宇宙的密度變化，密度變化相應(yīng)地又可以被應(yīng)用于計(jì)算基礎(chǔ)數(shù)值中，諸如描繪宇宙的哈勃常數(shù)。

這個(gè)星期的結(jié)果不僅包含著發(fā)生于這么多年之后的起伏數(shù)據(jù)，還包含著偏振圖，從中可以追溯微波和光波是如何互相結(jié)合的。此外，額外的數(shù)據(jù)還可以使研究人員對(duì)迄今為止宇宙論中的組成部分進(jìn)行最為準(zhǔn)確的測(cè)量。

“我們正在壓榨那些數(shù)據(jù)。”來(lái)自牛津大學(xué)的天體物理學(xué)家Joanna Dunkley說(shuō)道，她是普朗克研究團(tuán)隊(duì)中的一員。鑒于普朗克此前的測(cè)量值與宇宙中暗能量的相對(duì)值只相差2%，她說(shuō)道，最新的分析會(huì)將這種不確定性縮減至1%。Dunkley同時(shí)強(qiáng)調(diào)，這些結(jié)果僅僅是初步數(shù)據(jù)，研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃于12月22日發(fā)表一系列論文，之后會(huì)將所有數(shù)據(jù)公之于眾。

普朗克的發(fā)現(xiàn)會(huì)將某些針對(duì)描述暗物質(zhì)特性的理論排除在外，暗物質(zhì)是目前還不能被直接探測(cè)到的東西。近期.費(fèi)米和帕米拉衛(wèi)星連同國(guó)際空間站上的阿爾法磁譜儀均探測(cè)到大量來(lái)自宇宙深處的正電子。許多研究人員將這種高能信號(hào)歸因于暗物質(zhì)粒子碰撞所產(chǎn)生。

但是那些碰撞本應(yīng)該在微波背景中留下印記，但實(shí)際上普朗克衛(wèi)星絲毫未見(jiàn)。不過(guò)這不會(huì)否定暗物質(zhì)的存在，或者它能夠創(chuàng)造出亞原子粒子雨。相反，它支撐了大質(zhì)量粒子作為暗物質(zhì)候選者的理論。

到目前為止，2014年早些時(shí)候?qū)嵤┑腂ICEP2項(xiàng)目還沒(méi)有就探查到最原始的引力波作出任何回應(yīng)。9月份發(fā)表的普朗克的其他探測(cè)結(jié)果也不支持BICEP2的報(bào)告，但是研究團(tuán)隊(duì)自那以后聯(lián)合起來(lái)共同對(duì)2次實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析。那些起初計(jì)劃于11月公開(kāi)的發(fā)現(xiàn)將有可能在今后的幾個(gè)星期內(nèi)發(fā)布。

同時(shí)，參與普朗克任務(wù)的科學(xué)家還將繼續(xù)與得到的數(shù)據(jù)“戰(zhàn)斗”。這遠(yuǎn)非是普朗克最后的話語(yǔ)，來(lái)自匹斯堡卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的宇宙學(xué)家Raphael Flauger說(shuō)道：“它預(yù)示著有更多的信息會(huì)到來(lái)。”當(dāng)會(huì)議決定展示普朗克衛(wèi)星近期對(duì)宇宙的觀測(cè)成果時(shí)，復(fù)雜的分析已經(jīng)進(jìn)行很長(zhǎng)時(shí)間了，這個(gè)時(shí)間甚至比研究人員所希望的還要長(zhǎng)得多。“從現(xiàn)在開(kāi)始的幾個(gè)星期里，我將熱切盼望看到會(huì)發(fā)生什么令人激動(dòng)的事情。”Raphael說(shuō)道。那時(shí)所有的數(shù)據(jù)都將會(huì)被公之于眾。

王麒 譯自 科學(xué)新聞（ ScienceNews） 2014年12月27日