Институт физики и математики Вселенной Кавли Токийского университета
Поляризованный свет космического микроволнового фона (CMB), подвергнутый эффектам гравитационного линзирования в дополнение к космическому двойному лучепреломлению. В крайнем левом углу белые линии показывают структуру поляризации реликтового света, генерируемого в ранней Вселенной. Они вращаются из-за космического двойного лучепреломления, в результате чего наблюдаемое в настоящее время реликтовое излучение изображено черными линиями в правой части изображения. Однако путь света искривляется гравитационным искажением пространства-времени, создаваемым крупномасштабной структурой посередине, поэтому белые линии, показывающие картину поляризации в правой части изображения, показывают то, что наблюдается. Фото: Physical Review D (2023). DOI: 10.1103/PhysRevD.108.063525
Будущие миссии смогут более точно находить признаки нарушения симметрии четности в поляризации космического микроволнового фона после того, как паре исследователей удастся принять во внимание эффект гравитационного линзирования, сообщает новое исследование в Physical Review D, выбранное в качестве Предложение редакции.
Как далеко простирается Вселенная? Когда и как возникла Вселенная? Космология добилась прогресса в решении этих вопросов, предоставив наблюдательные данные для теоретических моделей Вселенной, основанных на фундаментальной физике. Стандартная модель космологии сегодня широко принята исследователями. Однако он до сих пор не может объяснить фундаментальные вопросы космологии, включая темную материю и темную энергию.
В 2020 году на основе данных о поляризации космического микроволнового фона (CMB) было зарегистрировано новое интересное явление, называемое космическим двойным лучепреломлением. Поляризация описывает световые волны, колеблющиеся перпендикулярно направлению своего движения. В общем, направление плоскости поляризации остается постоянным, но при особых обстоятельствах может меняться.
Повторный анализ данных реликтового излучения показал, что плоскость поляризации реликтового света могла слегка повернуться между временем его излучения в ранней Вселенной и сегодняшним днем. Это явление нарушает симметрию четности и называется космическим двулучепреломлением.
Поскольку космическое двойное лучепреломление сложно объяснить с помощью хорошо известных физических законов, существует большая вероятность того, что за ним стоят еще не открытые физические явления, такие как аксионоподобные частицы (АЛП). Открытие космического двойного лучепреломления может проложить путь к раскрытию природы темной материи и темной энергии, поэтому будущие миссии будут сосредоточены на более точных наблюдениях реликтового излучения.
Обсерватория Саймонса в Чили. Кредит: Дебра Келлнер
Для этого важно повысить точность текущих теоретических расчетов, но эти расчеты пока не являются достаточно точными, поскольку не учитывают гравитационное линзирование.
Новое исследование, проведенное парой исследователей во главе с докторантом Факультета физики и исследований ранней Вселенной Токийского университета Фумихиро Наокавой, а также Центром исследований на основе данных и Институтом физики и математики Вселенной Кавли (IPMU Кавли). Ассистент проекта Тошия Намикава провел теоретический расчет космического двойного лучепреломления, включающий эффекты гравитационного линзирования, и работал над разработкой числового кода космического двойного лучепреломления, включающего эффекты гравитационного линзирования, который будет незаменим для будущих анализов.
Во-первых, Наокава и Намикава вывели аналитическое уравнение, описывающее, как эффект гравитационного линзирования изменяет космический сигнал двойного лучепреломления. Основываясь на уравнении, исследователи внедрили новую программу в существующий код для расчета поправки гравитационного линзирования, а затем посмотрели на разницу в сигналах с коррекцией гравитационного линзирования и без нее.
Разница в космическом сигнале двойного лучепреломления с гравитационным линзированием и без него. Синие точки показывают сигналы, когда эффект гравитационного линзирования игнорируется, а красные точки — сигналы, когда эффект гравитационного линзирования учитывается. Красные полосы ошибок показывают ожидаемые ошибки наблюдений при использовании обсерватории Саймонса. Разница с гравитационным линзированием и без него незначительна. Фото: Physical Review D (2023). DOI: 10.1103/PhysRevD.108.063525
В результате исследователи обнаружили, что если игнорировать гравитационное линзирование, наблюдаемый космический сигнал двойного лучепреломления не может хорошо соответствовать теоретическому предсказанию, что статистически отвергает истинную теорию.
Кроме того, пара создала смоделированные наблюдательные данные, которые будут получены в будущих наблюдениях, чтобы увидеть эффект гравитационного линзирования при поиске ALP. Они обнаружили, что если не учитывать эффект гравитационного линзирования, в параметрах модели ЩФ, оцененных на основе наблюдаемых данных, будут статистически значимые систематические отклонения, которые не будут точно отражать модель ЩФ.
Инструмент коррекции гравитационного линзирования, разработанный в этом исследовании, уже сегодня используется в наблюдательных исследованиях, и Наокава и Намикава продолжат использовать его для анализа данных для будущих миссий.
Информация от: Институтом физики и математики Вселенной Кавли Токийского университета.
