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天文学家再一次可能接近解开宇宙中最古老的奥秘之一。而这一次，他们从错误中吸取了教训。

原始重力波

南极的南极光，南极望远镜，升级后的BICEP，马丁·A·Pomerantz天文台和凯克阵列都在寻找原始引力波。

基思范德林德

有关科学的故事通常提出了一个稳步推进的过程 - 从假设到启示的直接途径。但这种情况很少发生。最近发现了一组称为BICEP2合作的天文学家和物理学家，他们的进展之路通常散布着错误的开始，错误的转折和其他错误。

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2014年3月，他们向全世界宣布，他们在南极的小型望远镜发现了宇宙大爆炸的万亿亿万亿分之一秒内产生的引力波的可能迹象 - 可能打开一个窗口进入一个新政权物理学。暂定的发现成为国际头条新闻。但那年晚些时候，新的数据显示他们看到的信号主要是由于我们星系中的尘埃，而不是来自宇宙黎明的引力波。

对于BICEP（宇宙极外极化的背景成像）背后的团队来说，这种经历令人失望。但最终“科学进程已经奏效”，领导实验的哈佛 - 史密松天体物理中心（CfA）的John Kovac声称。他和他的同事们明白两年前他们出了什么问题，现在正在进行后续观察，观察大爆炸引起的引力波迹象，这些迹象产生于138亿年前。（这些是来自激光干涉仪引力波天文台今年发现的引力波，源自黑洞合并）。

重力波-2014

2014年，研究人员认为他们已经发现宇宙大爆炸后立即产生的重力波的证据，导致这种旋转的“B模式”光线模式。它后来变成银河尘埃。

BICEP2协作

“我们的望远镜一直在以不断提高的速度和敏感度采集数据，”Kovac说，“而且不确定性继续缩小。”

竞争也在加剧，在BICEP隔壁的南极望远镜（SPT）和智利的一系列观测站上进行了类似的搜索。计划扩大对北半球的搜寻也在进行中。“我们知道取得进展需要什么，”科瓦奇补充道。“人们很兴奋，也许比以往任何时候都更加激动。”

我们又一次进入了物理学和宇宙学的新时代 - 但这一次，这种兴奋激起了一种谦卑的感觉，并且要求加强，无懈可击的严谨。

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寻找黎明的早期光芒

宇宙微波背景（CMB）由来自宇宙大爆炸的残余光线组成，能够渗透到所有空间。构成这种几乎均匀的辐射背景的光子是宇宙中最古老的光子，已经历了近140亿年的不间断旅程。

CMB提供了一种研究宇宙的有力方法，而且自从半个世纪以前发现以来，天文学家就以稳定精确的精度对其进行了仔细研究。结果与“宇宙通货膨胀”一致，1979年的一个理论认为宇宙在大爆炸之后的最早时期经历了短暂的爆炸性增长。这种猛烈的扩张为大爆炸背后的推动力提供了动力，为我们今天看到的星系和其他天体结构奠定了基础。

但科学家们想要证明。理论家预测，通胀爆发将引发引力波，反过来，CMB的光线会留下痕迹，形成微弱的旋转模式，称为B模式。这是天文学家现在寻求的通货膨胀迹象 - 他们原本以为他们是在两年前找到的。

然而，这种测量非常具有挑战性：调查人员在CMB中寻找微小的变化，大约每10万人中有1人。此外，我们对宇宙大爆炸的残光的看法，被我们自己的星系来源所掩盖：上述尘埃和所谓的宇宙射线同步辐射。

天文学家需要将这些“前景”资源精确地映射出来，将它们与有用的信号区分开来。BICEP小组目前的战略是采用调谐到各种光频率的多个望远镜 - 在本例中为95,150,215和231 GHz - 而2014年推出的BICEP2结果仅基于150 GHz的一个频率进行测量。“通过测量不同的频率，你可以看到更高的频率（灰尘）会变得更亮，而更低的频率（同步辐射）会变得更暗，”Kovac解释道。“CMB本身就保持统一。”

今天增强的BICEP搜索使用另外五台连接的望远镜，每台望远镜与BICEP2相当，位于几百码外的Keck阵列上。望远镜不断地在同一小块天空上来回移动，寻找与平均值相差很小的偏差。更多的探测器意味着更多的数据，这反过来又会导致更好的辨别细微模式的能力。

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BICEP和邻近的SPT项目受益于共享相同的建筑和共同观点。两个望远镜都集中在天空的同一个小区域，使得比较结果变得更加容易。由于SPT比BICEP2望远镜大得多 - 直径10米而不是四分之一米 - 所以最好能够根除与引力波无关的信号。BICEP团队可以使用这些信息来减去他们的主要采石场，原始B模式的前景和家乡。

SPT今年晚些时候将会有1,600到16,000个探测器升级，其数据将补充BICEP和Keck阵列的数据。“汇集我们的结果使得两种搜索都更加强大，”芝加哥大学天体物理学家John Carlstrom说。

新鲜的视角

和房地产一样，地理位置在天文学中是非常重要的。大多数专家认为南极是世界上最好的地面CMB观测点。非凡的寒冷使得大气成为世界上最干燥，因此最容易被看到的地方。但是，由于BICEP和SPT小组的目标只有百分之一的天空，其他有利位置可以帮助确认通货膨胀的B模式瞄准。

“我们从BICEP2中学到的教训是，如果你从一片天空中获得原始的B模式检测，就需要看另一片天空，”麻省理工学院和CfA的天体物理学家孟苏说。“如果从两个不同的贴片，两个不同的望远镜，以及两个不同的前景获得相同的结果，那么它更具说服力。”虽然这种方法在天文学中是标准的，但能够进行这种交叉检查的新设施刚刚开始变得可用。

为此，几个望远镜正在智利安第斯山脉的高地上搜寻中巴。这是一个好的开始，但最终的目标 - 全球覆盖范围 - 也需要北半球望远镜。苏正在推动西藏高原喜马拉雅高原的一个新的中巴观测站（海拔16,000到20,000英尺）。天文学家也正在探索在位于10,000英尺高的冰盖之上的格陵兰峰会站的CMB设施的可能性。

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约翰霍普金斯大学理论学家Marc Kamionkowski解释说，全天覆盖是一个优先事项，“因为如果我们看到来自南极的重力波信号，我们应该能够从全球任何角落看到它，从我们提供的一个地球上清晰的窗户“。

与此同时，SPT的Carlstrom正在积极推动所谓的“第四阶段”实验。这项由美国牵头的计划旨在协调全球努力，通过安装多达500,000个探测器，分布在不同地点和计划的未来地点，大幅度提高南极洲和智利最佳地面望远镜的灵敏度。最终发现的目标是对引力波信号的强度设置更严格的限制。卡尔斯特罗姆说，如果第四阶段计划取得成功，天文学家将在十年内看到引力波，或者意识到通货膨胀可能比最初想象的更为复杂。

Kamionkowski高兴地说，我们现在正处于一个实际的原始引力波瞄准的“惊人距离内”。精确的测量方法会告诉我们很多关于通货膨胀本身的信息 - 一种关于“设置大爆炸”的理论，正如他所说的那样。我们可能很快会知道首先是通货膨胀的运动。“通过如此戏剧性地缩小通胀模型的范围，”Kamionkowski说，“也许在未来几年中，我们将对这个问题有一个答案。”这将是所有时间最大的宇宙学胜利之一 - 并且可能这次结果会坚持下去。