宇宙泛星系偏振背景成像
宇宙泛星系偏振背景成像(BICEP) | |
---|---|
用顯微鏡檢視BICEP2探測器陣列。 | |
基本資料 | |
位置 | 南極 |
坐标 | 89°59′59″S 0°00′00″E / 89.999722°S 0°E |
望遠鏡型式 | 射電望遠鏡 |
口徑 | 0.25 米 |
哈佛-史密松天体物理中心 | |
[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,縮寫:BICEP)是一系列宇宙微波背景實驗,專注於測量宇宙微波背景輻射的偏振,特別是B模偏振。該系列實驗所使用的望遠鏡分為三代,分別為BICEP1、BICEP2與凱克陣列(簡稱BICEP2)、BICEP3。第三代望遠鏡BICEP3正在興建,預計於2014年暑期竣工。
任務目的與團隊組成
[编辑]BICEP實驗的目的主要是測量宇宙微波背景的偏振輻射,[4]特別是B模偏振。[5]BICEP實驗室位於阿蒙森-斯科特南極站。經過多年作業,它的各種儀器已詳細勘測在南天極附近的天空。[4][6]
操作實驗的各個團隊來自於以下研究機構:[7][8][9][10][5]
- 所有實驗:加州理工學院、卡迪夫大學、芝加哥大學、哈佛-史密松天体物理中心、噴氣推進實驗室、電子情報技術研究所(Laboratoire d'électronique des technologies de l'information)、明尼蘇達大學、史丹福大學。
- BICEP1、BICEP2:聖地牙哥加州大學。
- BICEP2、凱克陣列、BICEP3:國家標準技術研究所、英屬哥倫比亞大學、多倫多大學。
- 凱克陣列:凱斯西儲大學
望遠鏡 | 開始 | 結束 | 頻率 | 分辨率 | 傳感器(像素) | 參考來源 |
---|---|---|---|---|---|---|
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] |
凱克陣列 | 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
[编辑]第一代BICEP望遠鏡觀察天空中波頻分別為100、150 GHz(波長分別為3 mm與2 mm)的微波,角分辨率分別為1.0、0.7 度。 它的陣列由98個探測器組成,其中50個為100 GHz,另外48個為150 GHz。它們都可以觀察到宇宙微波背景的偏振輻射;每一個觀察偏振輻射的像素由一對探測器構成。這台望遠鏡是未來更具功能的望遠鏡的雛型;2006年1月開始運轉,直到2008年底除役為止。[5][4]
BICEP2
[编辑]第二代BICEP望遠鏡的特色是大幅改良的焦平面陣列(focal plane array);這陣列含有512個傳感器(256像素),每一個傳感器都是輻射熱測量計;它觀察波頻為150 GHz的微波。這台孔徑為26cm的望遠鏡取代了BICEP1望遠鏡;它運作於2010年至2012年之間。[14] [11][15]
2014年3月17日,哈佛-史密松天体物理中心發言人報告,BICEP2望遠鏡探測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]張量-標量比率[註 1]為r = +0.07
−0.05 0.20,不支持零假設(r = 0),統計顯著性為7個標準差(減除前景貢獻後,5.9個標準差)。[11]
可是,BICEP2團隊於6月19日在《物理評論快報》發佈的論文承認,觀測到的信號可能大部分是由銀河系塵埃的前景效應造成的,對於這結果的正確性持保留態度。[18][19][20]必須要等到十月份普朗克數據分析結果發佈之後,才可做定論。[21]。2015年1月30日,研究團隊承認對於資料的判讀錯誤,觀測到的信號無法排除掉銀河系輻射塵埃的影響,不足以證實這項結果就是早期宇宙的引力波所形成的B模偏振。[22]
凱克陣列
[编辑]在BICEP望遠鏡附近的馬丁‧龐漠讓斯天文台(Martin Pomeranz Observatory),有一個先前安裝了度角尺度干涉儀的望遠鏡架,但自從度角尺度干涉儀除役後,就空著未被使用。凱克陣列就是建造在這個較大尺寸的望遠鏡架。
凱克陣列由五個探測器組成,每一個探測器的設計都與BICEP2類似,但採用脈管製冷機(pulse tube refrigerator)技術,而不是使用大型液態氦低溫貯存杜瓦瓶(cryogenic storage dewar)。
最早運作的三個探測器在2010至2011年的南半球夏季開始進行觀察。另外兩個在2012年開始觀察。直到2013年為止,所有探測器的操作波頻都在150 GHz;2013年,其中兩個探測器的操作波頻改為100 GHz的微波。[12]每一個探測器裏面有一個折射望遠鏡,維持在4 K低溫,以及一個焦平面陣列;該陣列含有512個傳感器(256像素),每一個傳感器都是維持在250 mK低溫的輻射熱測量計。凱克陣列總共有2560個傳感器。[6]
這項計畫的2,300,000美元經費來自於威廉‧凱克基金(W. M. Keck Foundation)和國家科學基金會等機構。[5]
BICEP3
[编辑]在2012年凱克陣列建成後,繼續運作BICEP2已不再合乎經濟價值。空置的BICEP望遠鏡架上正在建造一個功能更為強大的BICEP3望遠鏡。它採用用於凱克陣列的嶄新科技,不再倚賴大型液態氦杜瓦瓶來製冷。
BICEP3望遠鏡將由一個單獨望遠鏡組成,與包含5個望遠鏡的凱克陣列內嵌同樣的2560個探測器,操作頻率為95 GHz。望遠鏡的孔徑為55 cm,能夠給出的數據吞吐量大約是整個凱克陣列的兩倍。[23]缺點在於,較大的焦平面意味著較寬廣的視場(26°),天空中較為「骯髒」的部分也會進入望遠鏡視場之內。預計BICEP3將於2014至2015年南半球夏季正式開始運作。[13]
參閱
[编辑]註釋
[编辑]參考文獻
[编辑]- ^ 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).
|