宇宙微波背景测量的最新结果

位于南极洲阿蒙森-斯科特南极站的BICEP3望远镜。(望远镜周围的金属外壳屏蔽了来自周围冰层的反射光。)

宇宙是在大约138亿年前的一束光中形成的:宇宙大爆炸。大约38万年后，当物质(主要是氢)冷却到足以形成中性原子时，光就可以自由地穿越太空了。这种光，即宇宙微波背景(CMB)辐射，均匀地从天空的各个方向向我们袭来……至少一开始看起来是这样。在过去的几十年里，天文学家发现，辐射有微弱的波动和起伏，亮度只有10万分之一，这是未来结构的种子，比如星系。

天文学家推测，这些波纹中还包含了最初膨胀爆发的痕迹——所谓的膨胀——在仅仅10的负33次方秒内，新宇宙膨胀了33个数量级。暴胀的线索应该在宇宙涟漪卷曲的方式中隐约可见，这是一种由宇宙初期的引力波造成的效应，预计可能比涟漪本身要弱100倍甚至更多。

卷曲效应在光线中产生被称为“b模式极化”的模式，预计这种模式将非常微弱。宇宙中还有其他奇异的过程在起作用，使这项令人生畏的测量更具挑战性。其中最主要的是我们星系中由磁场排列的尘埃粒子发出的微弱光。这种光也是偏振光，可以被磁场扭曲而产生b模偏振模式。来自银河系的无线电波也能产生类似的效果。大约六年前，在南极工作的CfA天文学家报告了这种卷曲的第一个证据，“b模式偏振”，其水平与膨胀的简单模型一致，但随后对不同频率(或颜色)微波光的测量显示，信号可以用银河尘埃来解释。

自b模偏振的首次测量以来，天文学家们一直在继续细致的观测，并从在南极运行的许多不同频率的新望远镜中添加了强有力的数据。CfA天文学家和一个庞大的同事团队刚刚完成了对南极实验BICEP2、Keck阵列和BICEP3到2018年的所有数据的分析，并将结果与CMB空间任务普朗克和WMAP的结果相关联。(尽管这两项任务的数据收集分别在2013年和2010年结束，但数据处理仍在继续，科学家们使用了2018年发布的数据。)新的研究结果将之前关于冰曲的最佳约束条件提高了大约两倍，现在为描述宇宙最早时刻的膨胀模型提供了强有力的指导。

一大类简单模型现在基本上被排除了。研究小组报告说，在现存的模型中，最受欢迎的一种预测原始引力波的水平，应该在未来10年内通过在南极升级的望远镜探测到(或排除)。该团队已经在升级BICEP系统的过程中，并预计在五年内获得另一个大约三方面的改进，足以对通货膨胀模型设置严格的限制。