在微波背景“云天空”挖掘古老引力波遗址

加州大学圣迭戈分校的天体物理学家找到了关键的线索，有利于解答物理学中的一个主要问题，在宇宙微波背景辐射中似乎检测到了光子的偏振现象。在大爆炸引力波的作用下，早期的宇宙背景辐射产生了极化或偏振辐射现象。通过检测早期宇宙中遗存的微波辐射，科学家在宇宙学的层面上检验了爱因斯坦的广义相对论。对偏振现象的检测十分重要，有助于提升科学家估算中微子质量的精确性。幽灵般的中微子是亚原子粒子，它们充斥在宇宙中的每个角落，中微子是否有质量？中微子质量有多大？科学家对中微子物理学的问题有很多的争议。

对偏振辐射现象的检测为物理学家带来了重要的线索，有助于回答宇宙中的一些悬而未决的重大问题，比如：似乎无影无踪的暗物质和暗能量是如何形成的？借助现代的高精度望远镜观测，科学家还是不能找到它们的痕迹，暗物质和暗能量在宇宙太空普遍存在，似乎是“铁板钉钉”的不争事实。物理学界著名的杂志《物理评论通讯》将要刊载新一期的文章，介绍科学团队在宇宙背景光线中偏振现象的细节性成果，研究成果有重要的科学价值。加州大学圣迭戈分校的科学家通过宇宙微波背景辐射检测了微波的极化或偏振现象。

宇宙微波背景辐射或CMB是早期宇宙大爆炸辐射在宇宙膨胀的空间遗留的微波痕迹。好似经过了海洋表面的反射，向外的可见光沿一个方向震动，产生的偏振光一样。在宇宙诞生之后的38万年，“B型”偏振的微波信号来源于早期的宇宙微波背景辐射（CMB），宇宙从诞生的38万年之后逐渐地冷却到足宇宙微波背景辐射中出现了“B型”信号，可能看到通过光学望远镜看不到够的程度，质子和电子开始结合成原子。

天文学家预期，在早期的的信号部分，致密的早期宇宙物质获得了强大的引力，拖住了偏振光线，极早期的宇宙光线在穿越时空时产生了偏转，经过了大约138亿年的旅程，偏振光子抵达了地球，天文学家将“B型”偏振光线发生的变化称为“弱引力透镜效应”。对太空背景的“B型”微波进行检测，绘制一幅充斥在宇宙中却不可见的暗物质和暗能量图谱，在宇宙尺度上检测广义相对论的有效性。天文学家在天文合作项目POLARBEAR中使用了两台射电望远镜，从中收集和寻找CMB的极化或偏振信号，一台望远镜位于智利北部的高海拔荒原，专门探测“B型”的偏振现象。

加州大学圣迭戈分校的天体物理学家在数据分析中似乎发现了弱引力透镜，充分的观测数据是绘制细节性宇宙结构图谱的基础，他们给出了中微子质量的约束值，提出了一种严格检验爱因斯坦广义相对论的方法。UC圣迭戈分校的物理学研究生冯昌、UC圣迭戈分校的助理教授、POLARBEAR项目的共同负责人布莱恩·基廷开展了合作研究，冯昌解释说，他们第一次在引力透镜的基础上直接测量了CMB偏振信号，检测数据与爱因斯坦广义相对论的预言保持一致，他们感到十分惊讶，检测的结果和方法表明，他们在宇宙的尺度上对广义相对论进行了严格检验。

POLARBEAR项目团队设定了一个面积为30平方度的小天空区域，在获得了充分的检测数据之后，项目团队绘制了一份高清晰度的“B型”偏振信号图谱，项目团队的使命之一是确定引力波振幅和有关宇宙构造的主要理论模型是否保持了一致性，科学家建构了所谓的朗姆达冷暗物质宇宙模型。BICEP2合作团队和基廷的合作团队进行了交流，哈佛——斯密森尼天体物理中心的研究人员是BICEP2合作团队的主体，通过使用南极天文台望远镜，BICEP2合作团队也在检测太空中的“B型”偏振信号，BICEP2合作团队曾向公众发布了一则消息，他们发现了宇宙原初引力波的信号，后来证明辐射信号来源于银河系的尘埃。

原初引力波的发现能够证明，在极早期宇宙发生了“创世纪”的大爆炸，创造了“万物生长”的舞台，宇宙极早期的暴涨极其短暂而迅猛。确定中微子质量的大小是物理学的重要问题之一，中微子只有弱相互作用，曾被科学家认定为没有质量。根据基廷和冯昌所在团队检测的数据，中微子有极其微小的质量，初步判断的中微子质量低于1.5电子伏特，冯昌对中微子质量的数据持十分谨慎的态度，他解释说，判断中微子质量的统计学基础不够坚实和牢固，目前对中微子质量没有给出严格的确定。

基廷和冯昌的合作团队在今后的几年将会收集和分析POLARBEAR项目的更多数据，应用的观测工具包括了西蒙斯阵列，获取有关中微子质量的准确数据。研究的目标和方法是利用引力透镜原理对中微子的质量进行探测，整个宇宙都将成为被观测的对象。合作团队开发了中微子的测量方法。中微子质量目前是个未知数，但测量中微子的质量对天文学、宇宙学和物理学研究有重要的作用，只有掌握了先进的测量工具，才能获得精确的测量结果。冯昌和基廷带领的合作团队得到了科学基金的资助，西蒙斯基金会、其它组织和个人对合作项目给予了资金的支持。

（编译：2021-5-15）