宇宙泛星系偏振背景成像
宇宙泛星系偏振背景成像(BICEP) | |
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![]() 用显微镜检视BICEP2探测器阵列。 | |
基本资料 | |
位置 | 南极 |
坐标 | 89°59′59″S 0°00′00″E / 89.999722°S 0°E |
望远镜型式 | 射电望远镜 |
口径 | 0.25 米 |
哈佛-史密松天体物理中心 | |
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[编辑维基数据] |
宇宙泛星系偏振背景成像(英文:Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization,缩写:BICEP)是一系列宇宙微波背景实验,专注于测量宇宙微波背景辐射的偏振,特别是B模偏振。该系列实验所使用的望远镜分为三代,分别为BICEP1、BICEP2与凯克阵列(简称BICEP2)、BICEP3。第三代望远镜BICEP3正在兴建,预计于2014年暑期竣工。
任务目的与团队组成
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e7/HistoryOfUniverse-BICEP2-20140317.png/250px-HistoryOfUniverse-BICEP2-20140317.png)
BICEP实验的目的主要是测量宇宙微波背景的偏振辐射,[4]特别是B模偏振。[5]BICEP实验室位于阿蒙森-斯科特南极站。经过多年作业,它的各种仪器已详细勘测在南天极附近的天空。[4][6]
操作实验的各个团队来自于以下研究机构:[7][8][9][10][5]
- 所有实验:加州理工学院、卡迪夫大学、芝加哥大学、哈佛-史密松天体物理中心、喷气推进实验室、电子情报技术研究所(Laboratoire d'électronique des technologies de l'information)、明尼苏达大学、斯坦福大学。
- BICEP1、BICEP2:圣地亚哥加州大学。
- BICEP2、凯克阵列、BICEP3:国家标准技术研究所、英属哥伦比亚大学、多伦多大学。
- 凯克阵列:凯斯西储大学
望远镜 | 开始 | 结束 | 频率 | 分辨率 | 传感器(像素) | 参考来源 |
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BICEP1 | 2006 | 2008 | 100 GHz | 0.93° | 50 (25) | [4][5] |
150 GHz | 0.60° | 48 (24) | [4] | |||
BICEP2 | 2010 | 2012 | 150 GHz | 0.52° | 500 (250) | [11] |
凯克阵列 | 2011 | 2011 | 150 GHz | 0.52° | 1488 (744) | [12][6] |
2012 | 2012 | 2480 (1240) | ||||
2013 | — | 1488 (744) | [12] | |||
100 GHz | 992 | |||||
BICEP3 | 2013 | — | 95 GHz | 0.37° | 2560 (1280) | [13] |
BICEP1
第一代BICEP望远镜观察天空中波频分别为100、150 GHz(波长分别为3 mm与2 mm)的微波,角分辨率分别为1.0、0.7 度。 它的阵列由98个探测器组成,其中50个为100 GHz,另外48个为150 GHz。它们都可以观察到宇宙微波背景的偏振辐射;每一个观察偏振辐射的像素由一对探测器构成。这台望远镜是未来更具功能的望远镜的雏型;2006年1月开始运转,直到2008年底除役为止。[5][4]
BICEP2
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/f/f2/South_pole_spt_dsl.jpg/200px-South_pole_spt_dsl.jpg)
第二代BICEP望远镜的特色是大幅改良的焦平面阵列(focal plane array);这阵列含有512个传感器(256像素),每一个传感器都是辐射热测量计;它观察波频为150 GHz的微波。这台孔径为26cm的望远镜取代了BICEP1望远镜;它运作于2010年至2012年之间。[14] [11][15]
2014年3月17日,哈佛-史密松天体物理中心发言人报告,BICEP2望远镜探测到早期宇宙的引力波所形成的B模偏振。[1][2][3][16][11][1][2][3][16]张量-标量比率[注 1]为r = +0.07
−0.05 0.20,不支持零假设(r = 0),统计显著性为7个标准差(减除前景贡献后,5.9个标准差)。[11]
可是,BICEP2团队于6月19日在《物理评论快报》发布的论文承认,观测到的信号可能大部分是由银河系尘埃的前景效应造成的,对于这结果的正确性持保留态度。[18][19][20]必须要等到十月份普朗克数据分析结果发布之后,才可做定论。[21]。2015年1月30日,研究团队承认对于资料的判读错误,观测到的信号无法排除掉银河系辐射尘埃的影响,不足以证实这项结果就是早期宇宙的引力波所形成的B模偏振。[22]
凯克阵列
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/eb/Martin_a_pomerantz_observatory.jpg/200px-Martin_a_pomerantz_observatory.jpg)
在BICEP望远镜附近的马丁‧庞漠让斯天文台(Martin Pomeranz Observatory),有一个先前安装了度角尺度干涉仪的望远镜架,但自从度角尺度干涉仪除役后,就空着未被使用。凯克阵列就是建造在这个较大尺寸的望远镜架。
凯克阵列由五个探测器组成,每一个探测器的设计都与BICEP2类似,但采用脉管制冷机(pulse tube refrigerator)技术,而不是使用大型液态氦低温贮存杜瓦瓶(cryogenic storage dewar)。
最早运作的三个探测器在2010至2011年的南半球夏季开始进行观察。另外两个在2012年开始观察。直到2013年为止,所有探测器的操作波频都在150 GHz;2013年,其中两个探测器的操作波频改为100 GHz的微波。[12]每一个探测器里面有一个折射望远镜,维持在4 K低温,以及一个焦平面阵列;该阵列含有512个传感器(256像素),每一个传感器都是维持在250 mK低温的辐射热测量计。凯克阵列总共有2560个传感器。[6]
这项计划的2,300,000美元经费来自于威廉‧凯克基金(W. M. Keck Foundation)和国家科学基金会等机构。[5]
BICEP3
在2012年凯克阵列建成后,继续运作BICEP2已不再合乎经济价值。空置的BICEP望远镜架上正在建造一个功能更为强大的BICEP3望远镜。它采用用于凯克阵列的崭新科技,不再倚赖大型液态氦杜瓦瓶来制冷。
BICEP3望远镜将由一个单独望远镜组成,与包含5个望远镜的凯克阵列内嵌同样的2560个探测器,操作频率为95 GHz。望远镜的孔径为55 cm,能够给出的数据吞吐量大约是整个凯克阵列的两倍。[23]缺点在于,较大的焦平面意味着较宽广的视场(26°),天空中较为“肮脏”的部分也会进入望远镜视场之内。预计BICEP3将于2014至2015年南半球夏季正式开始运作。[13]
参阅
![](http://images.weserv.nl/?url=//upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/4/4a/Commons-logo.svg/30px-Commons-logo.svg.png)
注释
参考文献
- ^ 1.0 1.1 1.2 Staff. BICEP2 2014 Results Release. National Science Foundation. 17 March 2014 [18 March 2014]. (原始内容存档于2018-09-28).
- ^ 2.0 2.1 2.2 Clavin, Whitney. NASA Technology Views Birth of the Universe. NASA. 17 March 2014 [17 March 2014]. (原始内容存档于2019-05-20).
- ^ 3.0 3.1 3.2 Overbye, Dennis. Detection of Waves in Space Buttresses Landmark Theory of Big Bang. New York Times. 17 March 2014 [17 March 2014]. (原始内容存档于2018-06-14).
- ^ 4.0 4.1 4.2 4.3 4.4 BICEP: Robinson Gravitational Wave Background Telescope. Caltech. [2014-03-13]. (原始内容存档于2014-03-18).
- ^ 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 W.M. Keck Foundation Gift to Enable Caltech and JPL Scientists to Research the Universe's Violent Origin. Caltech. [2014-03-22]. (原始内容存档于2012-03-02).
- ^ 6.0 6.1 6.2 Instrument - Keck Array South Pole. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. [2014-03-14]. (原始内容存档于2014-03-11).
- ^ BICEP1 Collaboration. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. [2014-03-14]. (原始内容存档于2019-05-08).
- ^ Collaboration - BICEP2 South Pole. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. [2014-03-14]. (原始内容存档于2019-05-09).
- ^ Collaboration - Keck Array South Pole. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. [2014-03-14]. (原始内容存档于2019-05-08).
- ^ BICEP3 Collaboration. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. [2014-03-14]. (原始内容存档于2019-05-07).
- ^ 11.0 11.1 11.2 11.3 The BICEP2 Collaboration. BICEP2 2014 I: Detection of B-mode Polarization at Degree Angular Scales (PDF). 2014 [2014-03-22]. (原始内容 (PDF)存档于2014-03-17).
- ^ 12.0 12.1 12.2 Keck Array South Pole. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. [2014-03-14]. (原始内容存档于2019-05-09).
- ^ 13.0 13.1 BICEP3. Harvard–Smithsonian Center for Astrophysics. [2014-03-14]. (原始内容存档于2019-05-08).
- ^ The BICEP2 CMB polarization experiment 7741. Proceedings of SPIE: 11. 2010 [2014-03-22]. doi:10.1117/12.857864. (原始内容存档于2018-09-01).
- ^ The BICEP2 Collaboration. BICEP2 2014 II: Experiment and Three-year Data Set (PDF). 2014 [2014-03-22]. (原始内容 (PDF)存档于2014-03-17).
- ^ 16.0 16.1 Gravitational waves: have US scientists heard echoes of the big bang?. The Guardian. 2014-03-14 [2014-03-14]. (原始内容存档于2018-01-18).
- ^ Carroll, Sean. Gravitational Waves in the Cosmic Microwave Background. S = k log W. Mar 16, 2014 [2014-03-23]. (原始内容存档于2014-03-23).
- ^ Ade, P.A.R. et al (BICEP2 Collaboration). Detection of B-Mode Polarization at Degree Angular Scales by BICEP2. Physical Review Letters. 19 June 2014, 112: 241101. arXiv:1403.3985
. doi:10.1103/PhysRevLett.112.241101.
- ^ Overbye, Dennis. Astronomers Hedge on Big Bang Detection Claim. New York Times. 19 June 2014 [20 June 2014]. (原始内容存档于2014-06-22).
- ^ Amos, Jonathan. Cosmic inflation: Confidence lowered for Big Bang signal. BBC News. 19 June 2014 [20 June 2014]. (原始内容存档于2014-06-21).
- ^ 存档副本. [2014-06-23]. (原始内容存档于2014-06-23).
- ^ Cho, Adrian. Curtain falls on controversial big bang result. Science. 2015-01-30 [2015-02-01]. (原始内容存档于2015-03-12).
- ^ 存档副本 (PDF). [2014-03-23]. (原始内容存档 (PDF)于2019-05-10).
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