Теперь, когда два исследователя приняли во внимание эффекты гравитационного линзирования, будущие миссии смогут более точно обнаруживать признаки нечетно-четных нарушений симметрии в поляризации космического микроволнового фона. Исследование, недавно опубликованное в журнале Physical Review D, подчеркивает это развитие и было выбрано в качестве «предложения редактора».
Как далеко находится Вселенная? Когда и как возникла Вселенная? Космология добилась прогресса в решении этих вопросов, предоставив наблюдательные данные для теоретических моделей Вселенной, основанных на фундаментальной физике. Сегодня Стандартная модель космологии широко принята исследователями. Однако она до сих пор не может объяснить фундаментальные вопросы космологии, включая темную материю и темную энергию.
космическое двойное лучепреломление
В 2020 году данные о поляризации космического микроволнового фона (CMB) сообщили об интересном новом явлении — космическом двойном лучепреломлении. Поляризация описывает колебания световой волны, перпендикулярные направлению ее распространения. В целом направление плоскости поляризации остается неизменным, но в особых случаях ее можно поворачивать. Повторный анализ данных реликтового излучения предполагает, что плоскость поляризации реликтового света могла немного повернуться с момента его излучения в ранней Вселенной до сегодняшнего дня. Это явление нарушает нечетно-четную симметрию и известно как космическое двойное лучепреломление.
Поскольку явление космического двойного лучепреломления трудно объяснить с помощью хорошо известных физических законов, вполне вероятно, что за ним стоят еще не открытые физические явления, такие как аксионоподобные частицы (АЛП). Открытие космического двойного лучепреломления может помочь раскрыть природу темной материи и темной энергии, поэтому будущие миссии будут сосредоточены на более точных наблюдениях реликтового излучения.
Для этого важно повысить точность текущих теоретических расчетов, но пока эти расчеты недостаточно точны, поскольку не учитывают гравитационное линзирование.
Пара исследователей под руководством Фумихиро Наокавы, аспиранта факультета физики Токийского университета и Центра исследований ранней Вселенной, и Тошия Намикавы, доцента программы в Центре открытий, управляемых данными, и Института физики и математики Вселенной Кавли (KavliIPMU), провели новое исследование, установили теоретические расчеты космического двойного лучепреломления, включающие эффекты гравитационного линзирования, и работали над разработкой числового кода для космическое двойное лучепреломление, включающее эффекты гравитационного линзирования, которые будут необходимы для будущих исследований.
Во-первых, Наокава и Намикава вывели аналитическое уравнение, описывающее, как гравитационное линзирование меняет космический сигнал двойного лучепреломления. Основываясь на этом уравнении, исследователи реализовали новую программу на основе существующего кода для расчета поправки гравитационного линзирования, а затем наблюдали разницу в сигнале с коррекцией гравитационного линзирования и без нее.
В результате исследователи обнаружили, что если игнорировать гравитационное линзирование, наблюдаемый космический сигнал двойного лучепреломления не будет хорошо соответствовать теоретическим предсказаниям, что статистически опровергнет истинную теорию.
Кроме того, пара создала смоделированные наблюдательные данные, которые будут получены в ходе будущих наблюдений, чтобы понять влияние гравитационного линзирования на поиски ALP. Они обнаружили, что если не учитывать эффект гравитационного линзирования, параметры модели ALP, оцененные на основе данных наблюдений, будут иметь статистически значимые систематические отклонения и не смогут точно отражать модель ALP.
Инструмент коррекции гравитационного линзирования, разработанный в этом исследовании, в настоящее время используется в наблюдательных исследованиях, и Наокава и Намикава продолжат использовать его для анализа данных будущих миссий.
Источник составления: ScitechDaily.