Астрономи знайшли нові докази того, що світло після Великого вибуху змінює свою поляризацію

Японські астрономи розробили новий метод, який дозволяє точніше вимірювати космічну бірефренгентність — явище, пов’язане з обертанням площини поляризації світла, що залишилося після Великого вибуху. Робота, опублікована 27 січня в журналі Phys­i­cal Review Let­ters, стала першою, яка кількісно оцінює невизначеність у куті обертання поляризації — ключовому параметрі для перевірки гіпотез про симетрію Всесвіту та природу темної матерії й темної енергії.

Космічне мікрохвильове фонове випромінювання, яке є залишком Великого вибуху, містить інформацію про найраніші етапи розвитку Всесвіту. Попередні спостереження вказували на невелике обертання поляризації — близько 0,3 градуса. Це могло свідчити про існування нових елементарних частинок, зокрема аксіонів. Однак нове дослідження аспіранта Фуміхіро Наокави з Токійського університету та професора Тошії Намікави показує, що кут обертання може бути більшим, ніж вважалося раніше.

Основна проблема вимірювань полягає у фазовій неоднозначності: кути 0,3°, 180,3° чи 360,3° практично не відрізняються один від одного. Вчені довели, що аналіз EB-кореляції — одного з типів поляризаційних сигналів CMB — дозволяє подолати цю проблему, враховуючи зміни у формі сигналу.

1 / 1Теоретично розраховані кореляції EB. Сигнал кореляції EB є подібним для всіх кутів обертання, показаних тут, і майже не відрізняється (верхній рисунок). Однак, якщо збільшити крайню ліву частину верхнього рисунка (позначену стрілкою), можна побачити відмінності у формі сигналу (нижній рисунок). Джерело: Naokawa et al

Дослідники також встановили, що бірефренгентність впливає не лише на EB‑, але й на EE-кореляцію, яка використовується для вимірювання «оптичної глибини» Всесвіту. Це відкриття може змінити попередні висновки щодо епохи іонізації, отримані з аналізу EE-сигналів.

Концептуальна діаграма 180-градусної фазової невизначеності, що виникає при вимірюванні кута повороту космічної двозаломлення. Світло (позначене жовтим символом на діаграмі) має напрямок, який називається поляризацією (показаний червоними лініями на діаграмі). Явище, при якому цей напрямок обертається під час поширення світла, називається «космічною двозаломленістю». Оскільки дослідники можуть спостерігати лише поточний стан, вони не можуть розрізнити всі стани, зображені на схемі. Хоча символ світла на схемі має обличчя, в реальності він, очевидно, його не має, тому дослідники повинні судити виключно на основі напрямку поляризації. Джерело: Naokawa, Namikawa, higgstan.com

У ще одній статті, також опублікованій 27 січня у Phys­i­cal Review Let­ters, Наокава запропонував метод усунення похибок, що виникають через телескопи під час спостережень. Він також показав, що ефект бірефренгентності можна підтвердити, спостерігаючи за певними астрономічними об’єктами, зокрема радіогалактиками з надмасивними чорними дірами. Це відкриває нові можливості для дослідження темної енергії та уточнення моделей еволюції Всесвіту.