Космическото микровълново (реликтово) фоново лъчение (CMB) е най-старата светлина във Вселената: остатъчно топлинно лъчение от приблизително 380 000 години след Големия взрив. Картите на CMB предоставят картина на "бебешката Вселена", каквато е изглеждала преди 13,8 милиарда години.
Приблизително 380 000 години след Големия взрив, разсейването на радиацията от свободни електрони е причинило лека степен на линейна поляризация в момента, в който Вселената е станала прозрачна. Този процес е донякъде сравним с поляризацията, която се получава, когато слънчевата светлина се разсейва в земната атмосфера.
CMB е моментна снимка на най-старата светлина в нашата Вселена, отпечатана върху небето, когато Вселената е била само на 380 000 години. То показва малки температурни колебания, които съответстват на региони с леко различна плътност, представляващи зародишите на бъдещи звезди и галактики. Кредит: European Space Agency/the Planck Collaboration
Учените са открили индикации, че тази поляризация може да се е завъртяла леко по време на пътуването си през космоса. Ако бъде потвърдено, това явление, известно като космическо двойно пречупване, би могло да предостави доказателства за физиката отвъд Стандартния модел и потенциално да предложи улики за природата на тъмната материя и тъмната енергия.
Отвъд Стандартния модел
Въпреки че Стандартният модел на физиката на елементарните частици е настоящата рамка, която използваме, за да обясним света около нас и Вселената, той е непълен. Той не идентифицира тъмната материя, нито обяснява произхода и наблюдаваната величина на тъмната енергия, които заедно представляват около 95% от енергийната плътност на Вселената.
Ако космическото двойно пречупване бъде потвърдено, едно възможно обяснение може да бъде аксионноподобно поле. Частиците аксиони остават хипотетични и не е сигурно, че представляват тъмна материя. Други теории свързват космическото двойно пречупване с полета, свързани с тъмната енергия. Откриването на космическото двойно пречупване следователно би отворило нов прозорец към някои от най-големите мистерии в съвременната физика и би могло да предостави доказателства за физиката отвъд Стандартния модел.
Реална поляризация или грешка на детекторите. Калибриране на калибраторите
Но дори минимална грешка в ориентацията на поляризационните детектори на телескопа може да доведе до почти същия ефект. Изследователи от Калифорнийския университет в Сан Диего са разработили метод за тестване на калибрирането на относителния ъгъл на поляризация на различни комплекти детектори. Екипът е разработил различен метод за оценка и го прилага към съществуващи наблюдения от спътника "Планк" на Европейската космическа агенция (ESA).
Последните анализи показват, че поляризацията на реликтовото лъчение може да се е завъртяла само с част от градуса през близо 14-те милиарда години, в които светлината се е разпространявала. Проблемът е, че същото това завъртане може да се случи и ако чувствителните към поляризация детектори в телескопа са неправилно калибрирани - с отклонение със сравнима величина. Въз основа единствено на сигнала на реликтовото лъчение учените не могат да разграничат равномерно космическо въртене от систематична грешка в ориентацията на детектора, защото и двете произвеждат абсолютно един и същ наблюдаем ефект.
Екипът на Калифорнийския университет в Сан Диего се справя с този проблем, сравнявайки карти, създадени с различни групи детектори. На всички карти би трябвало да се вижда реалното космическо завъртане. С новия метод това общо въртене се анулира при сравняване на картите, оставяйки само разликите в калибрирането на поляризацията.
"Сигналът, който търсим, е изключително слаб, така че трябва да сме сигурни, че наблюдаваме Вселената, а не собствения си инструмент", обяснява постдокторантът Анто Лонапан (Anto Lonappan), ръководител на изследването. "Нашият метод предлага допълнителен начин за проверка на това разграничение. Преди да интерпретираме миниатюрно завъртане като нова физика, искаме да сме сигурни, че можем да разчитаме на самото калибриране."
Екипът прилага метода си към осем поляризационни карти на Планк и сравнява получения калибровъчен модел с този на установения анализ, използван понастоящем за разделяне на степента на завъртане заради инструмента от космическото двойно пречупване (т.нар. анализ на Минами-Комацу). Двата подхода се оказват в съответствие, въпреки че разчитат на различни предположения.
Художествено представяне на завъртането от E-модове към B-модове, дължащо се на космическото двойно пречупване. Кредит: Anto Lonappan, Brian Keating, AI
Новата техника е умишлено нечувствителна към въртенето, общо за всички карти. В резултат на това, макар че техниката може да определи колко добре са калибрирани различните комплекти детектори един спрямо друг, тя не може самостоятелно да определи общия ъгъл на поляризация или абсолютния сигнал на космическото двойно пречупване. За тази цел все още е необходима независима референтна точка за абсолютно калибриране.
Като демонстрация при специфични условия, изследователите свързват своята диференциална реконструкция с общия режим на калибриране, който възниква от съществуващия анализ. Това довежда до ъгъл на космическо двойно пречупване от 0,37 ± 0,12 градуса, което съответства на резултатите от анализа на Минами-Комацу.
В търсене на нов стандарт
Съществуват два вида поляризация на CMB: E-модове и B-модове. E-модовете, които са наблюдавани за първи път през 2002 г., те възникват от разликите в плътността във Вселената и показват симетрични модели. B-модовете, от друга страна, имат вихрови модели. Гравитационните лещи - изкривяването на CMB светлината от материята, разположена между нас и ранната Вселена - причинява B-модове, които вече са наблюдавани, докато първичните гравитационни вълни биха могли да произведат допълнителен B-модов сигнал, който все още не е открит.
Поляризирана светлина от космически микровълнов фон (CMB), подложена на ефекти на гравитационни лещи, в допълнение към космическо двойно пречупване. Най-вляво белите линии показват поляризационния модел на CMB светлината, генерирана в ранната вселена. Те се въртят поради космическо двойно пречупване, което води до наблюдавания в момента CMB, изобразен от черните линии от дясната страна на изображението. Пътят на светлината обаче е огънат от гравитационното изкривяване на пространство-времето, създадено от широкомащабната структура в средата, и така белите линии, показващи поляризационния модел от дясната страна на изображението, показват какво се наблюдава. Кредит: Physical Review D (2023). DOI: 10.1103/PhysRevD.108.063525
Откриването на първични B-модове би предоставило убедителни доказателства за гравитационни вълни в ранната Вселена и би могло категорично да подкрепи определени модели на космическа инфлация. Методът за калибриране, разработен в Калифорнийския университет в Сан Диего, би могъл да подпомогне търсенето на първични B-модове чрез идентифициране на относителни ъглови грешки при калибриране, които превръщат E-модовете в фалшиви B-модове.
Тъй като експерименти, като тези в обсерваторията "Саймънс", където Кийтинг е главен изследовател, довеждат измерванията на поляризацията до все по-висока точност, независимите калибровъчни проверки ще се превърнат във важна предпазна мярка, преди много малки сигнали да бъдат интерпретирани като доказателство за нова физика.
"Откриването на първични B-модове би променило радикално нашето разбиране за ранната Вселена, така че измерването трябва да премине през строги калибровъчни проверки", отбелязва Брайън Кийтинг (Brian Keating), професор по физика в Калифорнийския университет в Сан Диего. "Анто е разработил полезна нова рамка за тестване на калибрирането на ъгъла на относителна поляризация. В крайна сметка става въпрос за това да знаем кога можем да се доверим на дадено измерване."
Справка: Anto I. Lonappan et al, Differential Polarization Calibration: A Consistency Test for Cosmic Birefringence, The Astrophysical Journal Letters (2026). DOI: 10.3847/2041-8213/aea401
Източник: Is the Universe Twisted? A New Check on a Possible Twist in the Universe’s Oldest Light, Michelle Franklin, University of California - San Diego
Още по темата
Физика
Гравитационните вълни оставят отпечатък върху светлината, излъчвана от атомите
Космос
Изследователи откриват улика, която може да обясни симетрията на Вселената
Физика
Космически "призраци" с отрицателна енергия биха отворили път към нова физика
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Памет на водата или как ни промиват мозъка
Необикновена космическа експлозия, случваща се веднъж на хилядолетие
Памет на водата или как ни промиват мозъка
Произходът на мартеницата трябва да се търси далече - в Индия и Древна Гърция