梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心參與普朗克計畫

　　 梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心參與普朗克計畫　　歐洲太空中心宇宙學重大進展　　臺北巴黎連線記者會

歐洲太空中心(ESA)所主導的普朗克衛星（Planck Satellite）為國際最先進的第三代觀測宇宙微波背景（CMB）人造衛星。該計畫於巴黎時間3月21日上午10時（臺北時間3月21日下午5時），宣布其第一次科學成果。

本校梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心於臺大天文數學館8樓進行同步衛星連線記者會，由中心主任陳丕燊與研究員高提耶博士共同主持，並答覆記者詢問。

陳丕燊教授表示，歐洲太空中心在巴黎記者會上發佈的普朗克衛星在宇宙微波背景（CMB）的重大發現，臺灣大學也與有榮焉。臺大「梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心」研究員高提耶博士是普朗克計畫的成員之一，專責數據分析。這次公布的宇宙大霹靂之後38萬年時宇宙的嬰兒照，無比清晰。而其背後所暗示的有關宇宙形成及結構等等宇宙學的重要資訊，均需透過大量數據分析來取得。高提耶博士在這方面做出了很大的貢獻。這是普朗克衛星計畫升空三年後首次發表的論文，極具歷史意義。因其科學上的重要性，可以肯定該論文未來將被大量引用。（以下資料全文由陳教授發布於當日記者會）

普朗克衛星揭示近乎完美的宇宙樣貌

歐洲太空中心普朗克衛星所取得之最詳細的宇宙微波背景（自大霹靂所遺留下來的輻射）影像，挑戰了我們對於宇宙的基本認知。

此影像根據普朗克衛星升空後15.5個月所取之資料，且為其服役以來第一張以宇宙光線拍出，在宇宙誕生後38萬年混沌初始的嬰兒照片。

當時，年輕的宇宙充斥著一股高溫高密度的活躍質子、電子和中子，其溫度大約2700°C。當質子與電子因宇宙膨脹降溫而結合成氫原子時，就會釋放光線。隨著宇宙不斷膨脹，今日我們所知的光線之波長，隨著宇宙的膨脹拉長至微波波段，相當於僅高過絕對零度2.7度的溫度。

此一宇宙微波背景（CMB）由於宇宙嬰兒時期微小的密度不均勻而呈現些微的溫度波動，這些微小的密度差即我們今日所看到，代表後來宇宙結構的種子，也就是我們今日所看到的星球與星系。

根據宇宙學的標準模型，這些微小的密度波動在大霹靂之後隨即發生，並且瞬間大規模地加速擴張，稱為暴脹（Inflation）。

普朗克衛星具備前所未有的高解析高感光度，來繪製太空中極微小的變化。藉由分析普朗克衛星之宇宙微波背景（CMB）影像中種子的特性與分布，可判別由混沌至今日宇宙之形成與演進。

總體而言，由普朗克衛星新影像中所取得的資訊，以前所未有的精準度證實宇宙學的標準模型，立下我們對宇宙認知的新基準。

但由於普朗克衛星取得之新影像準確度非常高，因此也揭露出一些奇異難解的特性，可能需要新物理學說來詮釋。

歐洲太空中心主任多丹說：「普朗克衛星取得宇宙嬰兒時期之影像無比優異，使我們得以進一步揭開早期宇宙的本質，但也顯示了人類對完整描繪宇宙藍圖還有很長一段路要走。這發現歸功於歐洲工業界為宇宙探索特別發展的科技。」。

劍橋大學艾夫史塔希由教授補述：「自普朗克衛星首張全太空影像於2010年發表後，我們仔細掘取分析並剔除所有介於我們和早期宇宙間的前景輻射，使得宇宙微波背景的影像能呈現最精微之細節。」。

其中最驚人的發現是在宇宙微波背景溫度較大尺度範圍中之波動，不符合標準模型宇宙預測－即其信號強度不如普朗克衛星於小尺度範圍中所偵測到的。

另一個重大發現是太空兩側的平均溫度並不對稱，這與原本標準模型的預測並不相同：即標準模型預測原則上從任何方向觀測宇宙都應得到大致相同的結果。

再者，CMB溫差圖存在一個延展的冷點（cold spot），其延伸出的部分遠大於原本的預期。

此不對稱性及冷點在普朗克衛星之前的探測器（美國太空總署之 WMAP）就已探測到，但礙於難於從宇宙起源做解釋而被忽略。

義大利費瑞拉大學的納多利教授說：「現在普朗克衛星證實這些異常現象的確存在，完全抹去先前的疑慮；我們無法再將此異常現象視為人為扭曲量測而得的結果。它們確實存在，而我們因此必須找到合理的解釋。」。

法國巴黎天文物理研究機構的波切教授補充說：「試想調查一間房子，發現地基中某部分結構很脆弱。你或許不能確定這個缺點是否會導致整個房子傾倒，但你很可能會盡快開始尋找補強的方法。」。

解釋這些異常現象的方法之一，是主張在我們能觀測到的最大尺度之外，宇宙並非各個方向都是均勻的。果真如此，則不同方向來的CMB光子可能會走過較複雜的路徑，造成我們所觀測到的異常現象。

艾夫史塔希由教授也說：「我們的最終目標是建立一個新的宇宙模型，來解釋其異常現象及其關聯性。但這些還言之過早；目前我們尚未知是否找得到新模型，以及需要何種類型之新物理學來建構。這真是令人興奮！」。

新宇宙食譜

然而在上述異常現象之外，由普朗克所取得之數據大體上相當符合相對簡易的宇宙標準模型之預測，這使科學家得以從普朗克數據推論出有關宇宙成份的最精確資訊。

具體而言，普朗克衛星數據顯示，組成所有星球及星系的常態物質，僅佔宇宙質能密度的4.9%。而透過重力效應而間接證實之暗質（dark matter），則佔26.8%，這比先前估算值多了近五分之一。

相反地，被視為造成加速宇宙膨脹之神秘力量－暗能（dark energy），佔宇宙質能密度之百分比，卻較先前所認定的值為低。

由普朗克衛星所得之數據，也重新認定了目前宇宙膨脹速率－哈伯常數為每秒、每百萬秒差距（Mpc）67.15公里，遠快於目前天文學的標準值。從這個新數值，我們推論宇宙的歲數應為130億8千200萬年。

歐洲太空中心普朗克計畫科學家托普博士說：「普朗克衛星以前所未有的精確性，繪製出最正確詳盡之宇宙微波背景之天象，描繪出宇宙的新樣貌，把我們推到目前宇宙學理論所能瞭解的極限。」。

「從中我們看到普朗克數據幾近完美地符合宇宙學標準模型，但令人困惑的異常現象又迫使我們重新思索部分的基本假設。」

「這是一趟新旅程的開端。我們期待進一步的分析普朗克數據能露出解開宇宙新謎題的一線曙光。」

編者記要：有關新成果的一系列科學論文報告於3月22日登出。來自普朗克衛星之新數據是引用其升空後頭15.5個月的全天空觀測資料。於2009年升空，普朗克衛星使用兩種最先進的儀器來繪製天體圖：低頻儀（包括30-70千兆赫波段）及高頻儀（包括100-857千兆赫波段）。高頻儀已於2012年1月完成觀測，而低頻儀仍持續運作中。

普朗克衛星首張全天空影像及首批科學數據已分別於2010年及2011年發表。此後，科學家們仔細移除介於我們與宇宙背景光線之間的前景輻射，才得到本次新聞稿發表之非常精確的宇宙微波背景輻射影像。下批宇宙學數據將於2014年初發表。

普朗克科學合作計畫參與者，包括所有致力於普朗克任務發展及專利期間參與普朗克數據處理的所有科學家。他們分別屬於下列四大團隊：低頻儀合作團、高頻儀合作團、DK普朗克合作團、及歐洲太空中心普朗克科學辦公室。歐洲領導的兩個普朗克數據處理中心分別設立於法國巴黎及義大利的特里雅斯特。

低頻儀合作團由義大利太空中心曼多列席領導（副計畫主持人：義大利米蘭理工大學伯沙內利）負責低頻儀發展運作。高頻儀合作團由法國奧賽天文物理空間機構普格領導（副計畫主持人：法國巴黎天文物理機構波切），負責高頻儀發展運作。

奧賽天文物理空間機構為法國國家科學研究中心與巴黎第11大學之聯合研究單位。法國巴黎天文物理機構為法國國家科學研究中心與皮耶爾與瑪麗居里大學之聯合研究單位。

普朗克任務發展由歐洲太空中心會員國提供補助金及技術支援。超過40%的任務發展經費由供應低頻儀和高頻儀之二機構提供。透過二主要補助機構－法國國家空間研究中心及義大利米蘭理工大學，法國與義大利提供逾半的國家補助金。

歐洲太空中心會員國的貢獻對科學任務運作及其數據處理尤其重要。

歐洲太空中心會員國亦提供關鍵技術，如新穎冷卻器，使任務中儀器設備能維持在–273.15°C。此外，美國太空總署也提供重要技術及酬載元件。

若需進一步資訊，請聯繫：梁次震宇宙學與粒子天文物理學中心秘書李雁凌小姐Tel: +886 2 3366 5187 Email: ntulecospa@ntu.edu.tw