另一个与BICEP相竞争的项目是一架搭载在气球上望远镜,被称为“蜘蛛”,它高高得飘浮在会干扰观测的地球大气之上。这个项目包含了来自BICEP、SPT和其他项目的成员。2015年1月,它在南极上空收集了宇宙微波背景的数据。
宇宙微波背景中的光子是宇宙在大爆炸之后38万年变得透明时所留下的遗迹,当时的宇宙已经冷却到约3 000开。在这之前,宇宙是一锅过于浓稠的粒子汤,自由电子和质子无法结合形成宇宙中最主要的成分——氢。
同样,宇宙微波背景也会具有微小的偏振。但它的方向则是由早期宇宙中的物质来决定的。
35年来,暴胀已占据了宇宙学的核心位置,因为它可以解释一个又一个的有趣问题。相比其他任何的理论,暴胀能更好的解释为什么空间是平直的以及宇宙中相距遥远的地方是如何相联的。根据暴胀理论,计算机模拟可以重建出宇宙的大尺度结构。
光的本质是电磁波,具有磁场和电场分量,电场的振荡方向即为偏振方向。偏振可以形象地用线段来表示:B模具有扭曲和涡旋的形状,E模则则是无旋的。
在探测B模的项目中,BICEP是最雄心勃勃的。它第一个达到了寻求供答案所需的的分辨率。“这是一场自1997年持续至今的比赛,现在我们终于达到了能开始取得成果的地步,”塞利亚克说。
计算扭曲1996年,斯洛文尼亚的理论宇宙学家、现美国加州大学伯克利分校教授乌罗什·塞利亚克(Uros Seljak)在寻找新的方法来从宇宙微波背景中提取信息,他怀疑其中还隐藏着秘密。
现在,距离国际媒体头条新闻宣布这些引力波的发现已经过去了2年,科学家也已经确信BICEP看到的是尘埃——并非暴胀。但是,就这些信号中还有什么目前仍不确定。来自时间之初的B模信号是不是有可能隐藏在其中呢?
光以波的形式传播,就像在大洋表面运动的水。如果它们在某个特定的方向上发生振荡,这些波就具有了偏振。例如,水波会上下振荡。当地球大气中的粒子反射阳光时,地球的蓝天也就有了偏振。
南极日落中的BICEP(前景)和SPT(背景)。版权:Steffen Richter (Harvard University)。
但暴胀能做的远不止于此。正如古斯所喜欢指出的,宇宙大爆炸其实根本就不是一个真正的有关爆炸的理论。它所描述的是爆炸的后果,不涉及导致大爆炸的物理机制,也无法回答是什么以及为什么发生了爆炸。
暴胀是现代宇宙学的核心。那么,为什么到现在天文学家还没有看到它的任何迹象呢?
举杯相庆的宇宙学家古斯和林德正是率先提出存在这一暴胀时期的科学家。1979年,它脱胎于优美的数学模型,当时古斯提出该模型是为了解释奇异的磁单极粒子的缺失,它们本应在大爆炸中被创造出来。古斯发现,我们的宇宙并非是缺少单极子,它们只是被暴胀的高速膨胀稀释了。
但微小的量子涨落——变化幅度在十万分之一的水平上——会引入新的密度起伏。引力会把越来越多的物质吸引到稠密的区域中。它们是将来形成星系和星系团的“种子”,也在宇宙微波背景中留下了斑斑点点。
位于智利沙漠中的阿塔卡马宇宙学望远镜。版权:M. Devlin
这就可以把宇宙微波背景作为光源,天文学家可以通过研究其中的斑点来编纂出新的星系团表,其中一些的距离和大小甚至超过了此前所已知的。因此,即便这些实验没有探测到B模,天文学家也能够了解有关早期宇宙中星系演化的惊人内幕。