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普朗克空间望远镜4年观测结果让此前研究存疑

作者:国家级期刊
出处:www.lunrr.com
时间:2019-12-22

作者:宗华来源:中国科学新闻,发布日期:2014/12/18 10:28:33

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Planck空望远镜4年观测结果质疑以往研究

Planck 空望远镜间观测宇宙微波背景的偏振图像

Image Source: Planck合作集团欧洲空局

第一次收集数据综合分析 普朗克的团队没有解决今年三月宣布的关于大爆炸引力波的争议 然而,他们计划在下一项研究中关注这个问题。

普朗克空望远镜已经产生了迄今为止宇宙微波背景最详细的全景图 中巴是138亿年前宇宙爆炸产生的辐射 这些图像基于普朗克在从2009年发射到2013年退役的四年中的所有观测结果,并包括中巴的温度和偏振信息。

去年发布的初始地图只使用了前15个月的数据,并且只包含温度数据。 今年早些时候,研究小组发布了由星系尘埃引起的偏振信息,在揭示原始背景辐射时,必须清除这些信息。 “几乎一整天空,星系都会在微波信号中产生大量‘噪音’ “普朗克小组的天体物理学家纳扎里诺曼多雷西在一次会议上介绍了普朗克的最新观测结果 以前,这种噪音被认为只存在于可见银河系附近的部分天空空

这些观测使用CMB来研究早期宇宙中非常小的温度波动,宇宙中所有的结构都起源于此。 研究结果再次证实了宇宙演化的标准模型。 然而,科学家质疑暗物质证据早就被发现的说法。 暗物质是不可见的粒子,它的引力阻止星系彼此远离。

与宇宙射线中意外过剩正电子相关的暗物质之谜 正电子是电子的反物质“伙伴”,也是一种围绕星系旋转的高能粒子。 理论上预测高能正电子与电子的比率应该低于低能正电子与电子的比率。 然而,去年来自国际空站粒子探测器-阿尔法磁谱仪的观测表明,正电子与电子的比率实际上随着能量的增加而增加。 这证实了美国宇航局费米伽马射线空望远镜和欧洲帕米拉卫星先前的观测结果。

研究人员提出,过多的正电子是由碰撞产生的,在这个过程中,暗物质粒子相互相减,导致包括正电子在内的“碎片雨”。 然而,这种解释只能与那些证明粒子以非常高的速度碰撞并减少的暗物质模型相一致。

这些碰撞也可能发生在宇宙早期,特别是在宇宙大爆炸后大约38万年,中巴第一次被释放到泰空的时候。 如果暗物质粒子当时像现在一样有可能碰撞,普朗克早就发现了它们在CMB上的标记。 然而,普朗克小组成员、巴黎天体物理研究所的弗朗索瓦布切特说情况并非如此 正电子信号可能仍然归因于暗物质,但前提是早期宇宙中暗物质碰撞的可能性比现在低得多。 这在某些暗物质模型中是可能的,但在其他模型中则不可能。

尽管科学家似乎已经排除了暗物质模型,但最新的普朗克数据证实,宇宙中总质量和能量的26%是由暗物质组成的。 布切特解释说,普朗克的图像也验证了一个理论,即宇宙在“婴儿期”经历了短暂但快速的增长,也就是众所周知的飞速发展的宇宙。 正如包括美国宇航局威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)在内的先前实验所显示的那样,最初的普朗克数据为这种激增提供了证据。 然而,布切特说,最新的普朗克数据已经得到了更深入的分析,并支持宇宙暴涨理论的最简单模型。 在这些模型中,温度波动的幅度在不同的距离尺度上平均完全相同。 迪克邦德(Dick Bond)是

Planck合作小组的成员,也是加拿大理论天体物理研究所的理论家,他说标准宇宙模型处于非常好的发展趋势。 普林斯顿高等研究所的宇宙学家马蒂亚斯扎尔达里娅对此表示赞同。 “总体而言,标准模式似乎继续适用 错误线已经减少,没有出现异常。 ”扎尔达里娅说

与此同时,布奇说,新的普朗克图像排除了普朗克和WMAP数据在宇宙参数如密度和物质分布上的不一致。 “现在普朗克的数据更接近WMAP "

这一前宇宙数据引起的另一个不一致与宇宙的年龄有关,当第一代恒星形成并产生足够的紫外线电离星际介质中的氢原子时。 WMAP的结果显示,这些恒星是在宇宙大约4亿年前形成的。 然而,对类星体发出的光的观察表明,这些恒星是在宇宙诞生后7亿到8亿年间形成的。 Mandolesi说,普朗克的最新CMB数据目前集中在类星体质量上。

普朗克综合数据分析还证实,被称为中微子的亚原子粒子确实有三种类型,测量误差范围比2013年小约30% 结合其他望远镜的观测,数据显示三种已知中微子类型的总质量小于0.21电子伏(一个电子的质量约为511,000电子伏) Mandolesi认为,这使得第四种中微子,即所谓的“惰性中微子”,不可能存在。

12月22日,欧空局将把所有普朗克数据放到互联网上 明年的某个时候,普朗克小组希望与南极洲的BICEP2望远镜小组一起发布他们的分析结果。 宇宙学家预计,这将证实BICEP2今年3月宣布的有争议的信号是来自星系尘埃的初级引力波的证据,还是仅仅来自星系尘埃的噪音。 (宗华)

《中国科学报》 (2014-12-18第三版国际)

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