西蒙斯天文台将描绘“最美”大爆炸余辉

本文转自：中国科学报

LAT接收器的正面。图片来源：Mark Devlin

本报讯 宇宙学家正准备将有史以来最敏锐的“目光”投向早期的宇宙。在智利北部阿塔卡马沙漠塔科山海拔5300米处，西蒙斯天文台将绘制宇宙微波背景（CMB）图——也被称为宇宙大爆炸的余辉。据《自然》报道，这座耗资1.095亿美元的天文台将在几周内完工。该天文台的灵敏度将比之前的“金标准”——欧空局“普朗克”探测器高出10倍。

“这将是迄今为止我们看到最好的CMB。”美国普林斯顿大学宇宙学家、该天文台团队主要研究人员Jo Dunkley说。

西蒙斯天文台的目标之一是寻找宇宙大爆炸产生的引力波在CMB中留下的痕迹。这将为宇宙膨胀提供第一个无可争议的证据。

这项科学合作由5所美国大学和美国劳伦斯·伯克利国家实验室牵头，美国西蒙斯基金会为其捐赠了约9000万美元。该天文台一旦建设完成，工程师将开始长达数月的微调和测试仪器的过程，然后才能全面开启其科学计划。

西蒙斯天文台由4台望远镜组成，其中3台是0.4米小口径望远镜（SAT），另一台是6米大口径望远镜（LAT）。它们将共同绘制出CMB在不同区域温度的微小变化以及CMB的偏振——微波在空间中传播时辐射电场摆动的优先方向。

3台SAT将集中覆盖南天天空20%的区域，目标是研究CMB偏振场中的大规模旋涡——它们所跨越的区域是天空中月球表观大小的几倍。正是在这里，被称为B模式的宇宙膨胀信号有望出现。

美国约翰斯·霍普金斯大学理论天体物理学家Marc Kamionkowski是1997年第一批预测B模式存在的研究人员之一。他表示，已知的量子场物理学表明，这些特征应该在西蒙斯天文台的灵敏度范围内。

SAT聚焦于相对较小的区域，LAT则将以更精细的分辨率绘制40%的天区，并记录CMB的温度波动及其偏振。科学家能够通过这些温度波动强度及其跨越的天区面积提取大量信息，进而对宇宙年龄及其组成进行精确估计。

LAT数据可以帮助研究人员在小型望远镜制作的低分辨率偏振图中探测宇宙膨胀的信号。美国宾夕法尼亚大学宇宙学家、西蒙斯天文台联合主任Mark Devlin解释说，它们对于区分银河系尘埃等产生的虚假信号至关重要。这次实验对偏振模式的敏感度将是以往测量实验的6倍。

然而，寻找宇宙膨胀信号只是该项目的目标之一，研究团队计划从天文台获得的高分辨率CMB中获得更多科学知识。研究人员不仅能看到早期的宇宙，还可以研究其原始辐射在到达地球前的138亿年太空旅行中是如何受到影响的。

由于LAT将在其生命周期内反复探测相同的天区，它还能够跟踪太阳系中小行星的运动，并监测其他星系中心的活跃黑洞。（文乐乐）