科學(xué)家已經(jīng)觀測(cè)到宇宙大爆炸的輻射——所謂的宇宙微波背景（CMB）——中的漩渦模式。由于研究人員已經(jīng)了解這些特殊的漩渦或者說(shuō)“B-模式”起源于傳統(tǒng)天體物理學(xué)，因此該觀測(cè)結(jié)果本身并不驚人。不過(guò)，研究表明，科學(xué)家正在接近一個(gè)更大的發(fā)現(xiàn)：在嬰兒期貫穿整個(gè)宇宙的引力波產(chǎn)生了B-模式。該觀測(cè)將會(huì)使科學(xué)家更加直觀地了解在宇宙大爆炸后不到一秒鐘的時(shí)間里發(fā)生了什么，還可能闡明所有這一切是如何開(kāi)始的。

“我認(rèn)為這是一個(gè)很大的進(jìn)步。”美國(guó)馬里蘭州巴爾的摩市約翰斯·霍普金斯大學(xué)宇宙學(xué)家Charles Bennett如是說(shuō)，他并沒(méi)有參與觀測(cè)。“這是我們可以了解引力波信號(hào)的一個(gè)充滿希望的跡象。”

自1965年被發(fā)現(xiàn)起，CMB就為宇宙學(xué)家證明了大量信息。1992年，美國(guó)宇航局（NASA）宇宙背景探測(cè)器（COBE）測(cè)量了輻射光譜，并發(fā)現(xiàn)它具有科學(xué)家所期待的特點(diǎn)。COBE還探測(cè)到CMB溫度的10萬(wàn)種變化中的一部分，揭示了很多宇宙信息。2003年，NASA的威金森微波非等向性探測(cè)器（WMAP）和其他實(shí)驗(yàn)對(duì)這些變化進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)研究，發(fā)現(xiàn)其與一個(gè)模型相吻合。在該模型中，宇宙包含5%的普通物質(zhì)、24%的暗物質(zhì)，以及71%的暗能量。今年早些時(shí)候，歐洲航天局（ESA）的普朗克太空探測(cè)器有力地證實(shí)了該標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型。

科學(xué)家懷疑，CMB可能還隱藏著更多的信息。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物理學(xué)，溫度變化反映了新生宇宙的微小量子波動(dòng)。宇宙在最初的比光速還要快的膨脹中，反復(fù)加倍增長(zhǎng)至原大小的60倍，這些量子波動(dòng)也擴(kuò)大至巨大的規(guī)模。暗物質(zhì)和普通物質(zhì)在受到引力作用后，也進(jìn)入到波動(dòng)中，成為星系的雛形。宇宙膨脹也可能在CMD中留下了印記。

CMB中的微波可以像湖面反射光一樣發(fā)生偏振。在一片天空中，隨機(jī)的偏振模式可以被分為兩個(gè)有所重疊的部分：B-模式——偏振形成右旋或者左旋，以及不能形成左旋或右旋的E-模式。早期宇宙中物質(zhì)聚合只能形成E-模式，而宇宙膨脹期間的引力波可以產(chǎn)生B-模式。那些“最初的”B-模式強(qiáng)度可以揭示宇宙在膨脹期間的能量強(qiáng)度，并解釋宇宙膨脹是如何發(fā)生的。

不過(guò)，科學(xué)家必須首先探測(cè)到B-模式的任何形式。這正是使用10米南極望遠(yuǎn)鏡（SPT）的研究團(tuán)隊(duì)所做的事。該團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者、加拿大蒙特利爾麥吉爾大學(xué)的天體物理學(xué)家Duncan Hanson在論文中描述，B-模式可能來(lái)自太陽(yáng)系的“前景”輻射，或者是當(dāng)由巨大的物質(zhì)網(wǎng)絡(luò)填充的宇宙的引力扭曲了CMB中的E-模式圖像時(shí)產(chǎn)生的。7月22日，該論文發(fā)表在arXiv預(yù)印本文獻(xiàn)庫(kù)上。

開(kāi)始時(shí)，Hanson和同事使用了ESA的赫歇爾太空望遠(yuǎn)鏡的宇宙紅外輻射數(shù)據(jù)估算宇宙的質(zhì)量分布。然后，他們計(jì)算了該質(zhì)量分布對(duì)SPT觀測(cè)到的E-模式圖像的影響，以此預(yù)測(cè)伸展小于1度的B-模式。通過(guò)使用該模板，研究人員可以從數(shù)據(jù)本身中梳理出B-模式。Hanson稱，僅使用CMB數(shù)據(jù)來(lái)觀測(cè)B-模式是可能的，但是“我們?cè)噲D在首次探測(cè)中盡量保守，所以我們選擇了對(duì)設(shè)備影響最不敏感的分析”。普林斯頓大學(xué)的宇宙學(xué)家David Spergel表示，觀測(cè)本身可能很有用。對(duì)CMB中遙遠(yuǎn)星系或溫度變化的圖像觀測(cè)已經(jīng)提供了宇宙中物質(zhì)分布的信息。不過(guò)，對(duì)CMB偏振的觀測(cè)應(yīng)該可以提供更清晰的分布信息。

Bennett稱，普朗克太空探測(cè)器并不是專為尋找B-模式所設(shè)計(jì)的，所以要想完成該發(fā)現(xiàn)還需要漫長(zhǎng)的觀測(cè)。他還表示，理論并不能預(yù)測(cè)最初的B-模式的信號(hào)強(qiáng)度。“我們真的不清楚膨脹信號(hào)有多么弱，所以我們也許不能由此取得進(jìn)展。”不過(guò)，他說(shuō)，信號(hào)應(yīng)該比想象中強(qiáng)烈——在這種情況下，在幾個(gè)月之后，普朗克太空探測(cè)器獲得更多數(shù)據(jù)時(shí)，也許就會(huì)有新的發(fā)現(xiàn)。（苗妮）

《中國(guó)科學(xué)報(bào)》(2013-07-30 第2版 國(guó)際)