Jakten på kvantstora svarta hål

 

Bild https://www.publicdomainpictures.net/ Kvantfysik - vågor och partiklar

En av de djupaste gåtorna i modern fysik är varför gravitationen är så oerhört svag jämfört med de andra tre fundamentala krafterna. 

Ett slag av lösning är att rymden har extra dimensioner utöver de fyra vi upplever (höjd, bredd djup och tid), där gravitationen ensam kan sprida sig. Detta kan leda till bildandet av kortlivade, mikroskopiska "kvantstora"-svarta hål (QBH) under proton–proton-kollisioner vid LHC (Large Hadron Collider världens största och kraftfullaste partikelaccelerator vid CERN). 

Till skillnad från astrofysiska svarta hål som bildas av kollapsande stjärnor och tros avdunsta långsamt genom Hawkingstrålning  över enorma tidsskalor är QBH mycket mer begränsande och skulle nästan omedelbart sönderfalla till bara två partiklar. Ett av de renaste QBH-sönderfallslägena vid LHC producerar är ett lepton-kvarkpar, kännetecknat av ett högenergi-lepton som rekylerar mot en "jet" av hadroner i ATLAS Experiment, CERN CH-1211 Genève 23.

Med 164 fb⁻¹ proton-protonkollisionsdata inspelade under LHC:s tredje körning (2022–2024) vid en rekordkollisionsenergi på 13,6 TeV (Teraelektronvolt är en enhet för energi som inom partikelfysiken nyligen har använts av ATLAS Collaboration vid CERN för att utesluta modeller för kvantgravitation och kvantsvarta hål. ) har ATLAS Collaboration genomfört sin mest känsliga sökning hittills efter QBH som sönderfaller till en lepton och en kvark. Även om denna analys använder en datamängd jämförbar i storlek med den tidigare sökningen med Run 2-data (2015–2018), sätter den de starkaste gränserna för QBH-produktion hittills.

 Denna förbättring härrör från en utmärkande egenskap hos QBH-produktionen: produktionssannolikheten ökar brant med acceleratorens tyngdpunktsenergi. Den blygsamma ökningen från 13 TeV i Run 2 till 13,6 TeV i Run 3 ökade den förväntade signalhastigheten med upp till en storleksordning för de tyngsta QBH:erna som betraktades. ATLAS-forskare letade efter ett överskott av händelser som innehöll en högrörelsemängdselektron eller myoner och jetstrålar, där den kombinerade lepton- och jetinvarianta massan ligger i multi-TeV-området. Eftersom sådana signaler tidigare var uteslutna under 8,6 TeV förväntas de ligga ovanför detta värde, nära gränsen för vad LHC kan producera. I denna region är standardmodellbakgrunder små men måste modelleras med stor omsorg eftersom signalen även om den existerar måste vara liten. Teamet betraktade elektron+jet- och myon+jet-kanalerna separat.

Elektronkanalen, med sin mycket bättre upplösning vid hög rörelsemängd, uppnår nästan tre gånger så känslig som myonkanalen.

Inget signifikant överskott över standardmodellens förväntade nivå hittades i någon av kanalerna. De högst registrerade masshändelserna nådde 5,3 TeV i elektron+jet-kanalen och 5,5 TeV i myon+jet-kanalen; En sådan slående händelse visas i bannerbilden. ATLAS Collaboration satte 95 % konfidensnivåns övre gränser för QBH-produktionssannolikheten, och exkluderade modeller med tröskelmassor upp till 9,4 TeV  världens bästa hittills.

Detta resultat fastställer ATLAS-samarbetets räckvidd in i multi-TeV-fronten, där gravitation och kvantmekanik kan mötas. Den visar också en bredare lärdom då högluminositets-LHC pressar mot högre energier och större datamängder, kommer sökningar som denna att tränga allt djupare in i det okända.

Eld eller is vilket var början till vårt solsystem?

 

Bild https://news.yale.edu Konstnärs koncept som visar en mycket ung stjärna omgiven av en skiva av gas och damm. Det råmaterial som man tror att stenplaneter som jorden bildas av. Källa: NASA/JPL

När fasta kroppar började byggas upp i solsystemet såsom protoplaneter (planet under bildningsprocess) , månar och planeter fanns det i princip ett val mellan två ingredienser. Det fanns värmesmidda kondruler, små, millimeterstora runda droppliknande kulor som finns inuti en typ av stenmeteoriter som kallas kondriter utöver det fanns även Matrix, ett finkornigt, kallt damm laddat med fruset vatten och organiska molekyler. 

I en ny studie från Yale university ger forskarna det första geokemiska beviset för att det redan inom de första miljonerna åren efter att solsystemet började bildas så prioriterades kondruler framför matris i uppbyggnaden. Tidigare forskning hade bara kunnat dokumentera denna sorteringsprocess i objekt som bildades 2 till 4 miljoner år efter solsystemets ursprung.

"Vårt arbete visar att denna process var anmärkningsvärt selektiv från allra första början," beskriver Damanveer Grewal, assisterande professor of Earth and planetary sciences in Yale’s Faculty of Arts and Science och huvudförfattare till studien (se nedan). "De tidigaste objekten i det yttre solsystemet byggdes upp mellan 83 % till 92 % av kondruler med mycket lite av det isiga flyktiga stoft som dominerar senare bildade objekt."  Kondruler finns inuti kondriter de mest primitiva meteoriterna i geologiska samlingar. "Om du håller dem i din hand förstå då att de började som en del av en process som började för miljarder år sedan," påtalar Grewal.

Det har varit känt under en tid att bland kolhaltiga kondriter (primitiva, steniga meteoriter som innehåller organiska föreningar och vatten bland sina silikatmineraler) från det yttre av solsystemet, innehöll kondriter som bildats tidigare och som innehöll en högre andel kondruler och en lägre andel matris. Detta antyder att i områden där de första fasta objekten, kallade planetesimaler, bildades, höll isigt damm redan på att att utgå till förmån för värmesmidda kondruler.

Men inga bevarade, odifferentierade objekt finns kvar från solsystemets första miljon år för att bekräfta det ursprungliga kondrul-till-matris-förhållandet.

Grewals lösning blev att leta efter kemiska spårämnen i järnmeteoriter från det yttre solsystemet som skulle peka på en tidigare era. Moderkropparna som dessa meteoriter provtagits ur hade samlat på sig så mycket radioaktivt aluminium-26 vilket resulterat i att de smälte ner helt och förstörde alla fysiska spår av vad de ursprungligen bestod av. Ändå gjorde ett par oberoende kemiska spårämnen det möjligt för forskarna att rekonstruera den ursprungliga sammansättningen.

Båda spårämnena är kopplade till matris: svavel, som finns i koncentrerad form i matris och järnets oxidationstillstånd som visar hur mycket fruset vatten och oxiderat damm den ursprungliga kroppen innehöll.

Med hjälp av de spårämnena beräknade forskarna matrisnivåer till endast 8  till 17 % i de ursprungliga kropparna som provtagits i järnmeteoriter vilket är lägre än vad som hittats i några kända kondriter. "Båda spårämnena berättar oberoende av varandra samma historia: dessa tidiga planetesimaler (byggstenar till planeter) var anmärkningsvärt matrisfattiga," beskriver Grewal. " Den konvergensen är det som gör resultatet robust."

Resultatet, hjälper också till att förklara varför äldre kondruler är sällsynta i meteoritregistret; De införlivades i kroppar som senare smälte vilket raderade de fysiska bevisen.

"Dessa allestädes närvarande små stenpärlor är de grundläggande byggstenarna som planeterna själva till slut byggdes upp av," beskriver Grewal. "Nu vet vi att de redan sorterades och införlivades i den första generationen av fasta kroppar från allra första början."

Studien publicerades den 18 september i tidskriften Nature Astronomy. 

Medförfattare  var Zhongtian Zhang från Princeton University och Joanna Drążkowska från Max Planck-institutet för solsystemforskning i Tyskland.

Finansieringen av forskningen kom från Yale University.

Jupiters Komplexa system för att avvisa solpartiklar.

 

Bild wikipedia Storleksjämförelse mellan jorden och Jupiter.

Ett forskarteam under ledning från  University of Iowa har i en ny studie beskrivit de mest detaljerade observationerna hittills av bow shock vid Jupiter. Resultaten från NASAs Juno-uppdrag visar viktiga skillnader i hur bow shocks  vid Jupiter skiljer sig från de på jorden. Det kan också leda till bättre förståelse till fysiken bakom om hur stötar fungerar i ännu kraftfullare energiutsläpp, såsom från avslocknande stjärnor. Bow shock är en osynlig gräns som ligger mellan solen och en planets magnetfält. Det är den första försvarslinjen mot den explosion av energirika partiklar från solen som når en planet. Den så kallade solvinden. Om denna är tillräckligt stark (den är starkast vart 11:e  år  årscykel på Jorden) kan den slå ut all el på jorden exempelvis. Senast var 1859 års geomagnetiska solstorm slog ex ut telegrafsystem överallt i Europa och Nordamerika. 

För jordens skydd är bow shock viktig eftersom den markerar punkten där solvinden bromsas upp värms upp och sedan avleds runt jorden. Om det inte hände skulle vår planet bombarderas av solvinden och dessa skadliga partiklar skulle kunna nå vår atmosfär och göra jorden mindre säker för liv.

Jupiter är en gasplanet som forskare varit intresserade av att förstå bland annat av hur dess bow shock fysik skiljer sig från jordens och vad det betyder för andra planeter och objekt i universum.

I studien fann forskarna att Jupiter använder flera frekvenser av plasmavågor, som forskarna kallar "harmoniska", för att motverka solvindens styrka. Det är som att skapa en rikare ton genom att spela flera ackord med ett och samma gitarrslag. Ju fler frekvenser plasmavågorna utnyttjar desto effektivare kan de vara att absorbera solvindens påverkan vid förstöten. På jorden använder plasmavågor vid bow shock mestadels en enda frekvens vilket är tillräckligt för att hantera solvinden.

"Jupiter har  sitt eget sätt att hantera solvinden, genom plasmavågor som är starkare och uppvisar rikare harmoniska strukturer," beskriver Jayasri Joseph, postdoktoral forskare vid institutionen för fysik och astronomi i Iowa och studiens korresponderande författare. "Det är viktigt eftersom om du har flera frekvenser kan du värma fler partiklar i solvinden och sakta ner dem."

Forskarna fann en annan skillnad mellan de två planeterna: Jupiter använder en serie regioner, kallade chocklets, för att koppla upp sig med solvinden och bromsa den innan den når planetens huvudbågschock. Jorden däremot gör det enklare och använder sin bow shock som den enda huvudbarriären.

"Jorden behöver inte ta dessa extra steg för att hantera solvinden eftersom nedslaget inte är lika kraftigt," beskriver Bill Kurth, forskare vid institutionen för fysik och astronomi i Iowa och medförfattare till studien och som har varit involverad i Juno-uppdraget sedan dess uppskjutning 2011. Sonden är just nu fortfarande svepande runt Jupiter.

Forskarna säger att bow shocks fysik vid Jupiter kan hjälpa till att förklara hur stjärnor eller andra avlägsna kroppar hanterar den enorma mängd energi som frigörs av supernovarester. De katastrofala sista stadierna av en döende stjärna.

"Eftersom ännu kraftfullare chocker sker runt astrofysiska objekt som supernovarester, erbjuder Jupiters bow shock ett närliggande naturligt laboratorium för att utforska och förstå hur naturen omvandlar enorma mängder flödesenergi till värme och energirika partiklar," beskriver Joseph.

Resultaten till studien kommer från data som samlades in i december 2024 av rymdfarkosten Juno, som har kretsat runt Jupiter sedan juli 2016. Iowas fysiker designade och byggde Juno Waves-instrumentet, vilket var avgörande för att samla in data som ledde till resultaten. Fram till Juno hade inget rymdskepp kunnat mäta komplexiteten hos plasmavågor vid en yttre planets bow shock. Tidigare rymdfarkoster hade bara upptäckt närvaron av bow shock.

Studien har titeln " Plasma wave observations from Juno spacecraft at the Jovian bow shock." Den publicerades online den 31 juli i tidskriften Nature Communications. 

Bidragande författare till studien från UI inkluderar Allison Jaynes, docent vid institutionen för fysik och astronomi; och Jeremy Faden och Chris Piker, forskningsstöd vid institutionen för fysik och astronomi. Lynn Wilson III från NASA Goddard Space Flight Center; John Connerney, från NASA Goddard Space Flight Center och Space Research Corporation; Frederic Allegrini, från Southwest Research Institute och University of Texas-San Antonio; Rob Wilson, från University of Colorado-Boulder; Ali Sulaiman, från University of Minnesota; Scott Boltion och Robert Ebert, från Southwest Research Institute; och Barry Mauk, från Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory.

Vågsimuleringar med syftet att öppna ett nytt fönster till att finna mörk materia

 

Bild. https://hkiaa.hku.hk/news  Konstnärs illustration av hur vågliknande täthetsmönster produceras av ultralätt mörk materia  förvränger rymden och förändrar ljusets väg från en avlägsen källa. Då ljuset blir  gravitationlinsat  av ett objektet på sin väg mot jorden i en förvrängd bana formad av den omgivande massfördelningen. Den reflekterande sfären symboliserar den fortfarande okända naturen hos mörk materia. Bilden skapades med hjälp av 3D-datorgrafikprogram. (Foto med tillstånd: Amruth Alfred)

Astrofysiker från University of Hong Kong (HKU), i samarbete med ett forskarteam under ledning från Beijing Normal University (BNU), har utvecklat en mer fysiskt realistisk metod för att testa hur ultraljus eller mörk materia kan påverka gravitationslinsade bilder av objekt långt därute Studien är den första som gör gravitationslinssprognos direkt av tredimensionella vågsimuleringar av suddig mörk materia. Simuleringarna återger de observerade bildpositionerna för en välstuderad linsad kvasar bättre  än vanliga data odelleringsmetoder vilket belyser potentialen hos högupplösta gravitationslinsobservationer för att undersöka mörk materias natur. Resultaten från denna forskningsstudie har publicerats i The Astrophysical Journal Letters (se nedan).

I nästan ett sekel har fysiker arbetat med mysteriet mörk materia. Materia vi inget vet vad det är mer än att det ger effekter och antas utgöra 85 % av all materia i universum. Trots sin förekomst avger den inte eller absorberar eller reflekterar ljus och detekteras endast genom  gravitationseffekter. Mörk materia saknas också i standardmodellen för partikelfysik, vår för närvarande accepterade ram för att beskriva fundamentala partiklar och tre av universums fyra fundamentala krafter, en ram som ligger till grund för mycket av modern teknik. 

Under det senaste decenniet har ökande astronomiska bevis visat att mörk materia kan bestå av ultralätta partiklar. På grund av sina extremt låga massor kan dessa partiklar bete sig kollektivt som vågor och skapa komplexa interferensmönster liknande de som bildas när vågor möts på en strand. Sådana mönster kan lämna spår i flera bilder av galaxer och uppstår när gravitationen hos ett massivt objekt böjer och förvränger ljus från en mer avlägsen källa vilket förutspåtts av Einsteins gravitationsteori.

I strävan att lösa mysteriet med mörk materia gjorde forskarteamet, inklusive professor Jeremy Lim och Dr. Amruth Alfred från HKU:s fysikinstitution och Hong Kong Institute of Astronomy and Astrophysics (HKIAA), förutsägelser om egenskaperna hos gravitationslinsade bilder om galaxer verkligen består av ultralätt mörk materia. Detta är första gången sådana förutsägelser har gjorts med hjälp av direkta datorsimuleringar för att noggrant fånga de vågliknande massmönster som produceras av interaktioner mellan ultralätta partiklar. Simuleringarna återgav de observerade positionerna för de linsade bilderna närmare än jämförelsemodellerna som användes i studien. Resultaten tyder på att gravitationslinsade system skulle kunna erbjuda ett sätt att testa ultraljus-mörk-materia-modeller. Forskarna undersöker nu fler effekter, inklusive förändringar i ljusstyrkan hos gravitationslinsade bilder.

Projektet växte fram ur forskningsbesök av HKU-forskarna till BNU, då de samarbetade nära med medlemmar i professor Zong-Hong Zhus grupp, Dr. Zhengxiang Li och doktoranden Jiajun Zhou, studiens huvudförfattare. "Vi var mycket spända på att se vad simuleringarna förutspådde eftersom vi inte visste i förväg vilka observerbara signaturer vi kunde förvänta oss. Jiajun arbetade mycket hårt för att snabbt få fram dessa anmärkningsvärda resultat och vi tror att detta har öppnat helt nya vägar för framtida forskning om mörk materians natur med hjälp av linsning."

Dessa besök stöddes av flera forskningsbidrag och bidrog till att lägga grunden för samarbetet. Den nyligen invigda HKIAA vid HKU har banat väg för närmare samarbete med kollegor på det kinesiska fastlandet och kommer att öppna dörrarna för vidare banbrytande astrofysikforskning.

För detaljer om forskningen se denna tidskriftsartikeln "Gravitational Lensing Predictions from Wave Simulations of Fuzzy DarkMatter" 

Nancy Grace Roman Space Telescope kommer att vara i drift minst dubbelt så länge som beräknat

 

Bild NASA Roman teleskopet. Rymdtelekopet som snart är i drift och som har stora förväntningar på sig. Det  söker  i det infraröda  strålningsområdet vilket är skillnad mot Hubbleteleskopet som söker i det synliga optiska fältet. Fältet där det mänskliga ögat ser. 

 NASAs Nancy Grace Roman SpaceTelescopes mycket exakta första korrigering mitt i kursen till sin plats därute  tillsammans med andra bränslebesparingar förväntas mer än fördubbla uppdragets potentiella operativa livslängd.

"Tack vare planering från vårt team för omloppsdynamik briljant genomförande av operationsteamet och en exakt uppskjutning från SpaceX har Roman bränsle för minst 22 års potentiella vetenskapliga operationer," beskriver Jamie Dunn, centerdirektör vid NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. Något som mer än fördubblar den beräknande livslängden vid dess konstruktion.

Den extra livslängden kommer från den första halvkurskorrigeringens noggrannhet, extra bränsle före uppskjutning och förväntade resultat från Romans kommande andra kurskorrigering och omloppsinsättning.

Roman är designad för ett femårigt primärt uppdrag, plus ett femårigt förlängt uppdrag  en totalt tio års bränslebudget. Eftersom bränsle är observatoriets primära förbrukningsresurs kan eventuella bränslebesparingar möjliggöra ytterligare år av observationer utöver den 10-åriga designlivslängden.

Det romerska teamet genomförde sin första bränning den 31 augusti för att justera observatoriets bana mot dess slutliga bana och har sedan dess analyserat dess effekter på uppdraget. Förutom att manövern utfördes med mer än 99 % noggrannhet krävde den mindre än 10 % av det bränsle teamet hade budgeterat för: cirka 18 kilo, ner från 200 kilogram.

Extra bränsle vid uppskjutning skulle möjliggöra ungefär fyra år till utöver beräknat. Detta överskott vid uppskjutning finns eftersom Roman sköts upp lättare än planerat. Teamet hade budgeterat bränsle med en  maxvikt nu av 9 800 kilo vilket är långt över observatoriets först beräknade vikt på 8 056 kilo. Den nu lättare rymdfarkosten behövde mindre bränsle för kurskorrigeringen och dess lägre vikt lämnade också utrymme för att fylla drivmedelstankarna utöver vad det tioåriga uppdraget krävde.

"En rymdfarkosts massa förändras under design- och byggprocessen, så vi baserar drivmedelsbudgeten på ett fastställt maxvärde som nu förändrats" beskriver Alison Rao, Romans framdrivningschef på NASA Goddard. "Vi beräknade drivmedlet som behövs baserat på faktisk massa under hela integrationen och testningen  för att säkerställa att vi hade reservkraft. Eftersom Romans drivmedelsbehov blev lägre än vad vi budgeterat för kunde vi fylla drivmedelstankarna till deras kapacitet istället för att bara fylla dem så mycket vi behövde för 10-årskravet."

Tack vare den första halvvägskorrigeringen förväntas den andra bränningen bli mycket liten och spara ännu mer bränsle. Teamet kan också vänta längre med att genomföra denna uppföljande bränning, som nu är planerad till slutet av september början av oktober. Det kommer att ge observatoriet den sista energin som krävs för att nå sin målposition innan manövreringen till sin slutliga bana vid L2, cirka 100 dagar efter uppskjutningen, eller ungefär i början av december. Enligt nuvarande prognoser kommer båda manövrarna att använda mindre bränsle än planerat, vilket potentiellt sparar ännu mer för framtida vetenskap.

När Roman väl är i omloppsbana runt L2 (Larganpunkt) kommer den bara att behöva periodiska stationhållande bränslebränningar ungefär var 28:e dag.

Hubbleteleskopet kan tas som ett positivt exempel i vår tid, Det är fortfarande i full drift trots att dess ursprungliga beräknade livslängd var satt till 15 år när det sköts upp i rymden den 24 april 1990. Efter en del service genom åren är det fortfarande i drift och har nu levererat banbrytande vetenskap i över 36 år (2026)

Analys resultat av 2884 typ Ia-supernovor utmanar rådande mörk energiteorin

 

Bild wikipedia Schema över hur en supernova Ia blir till. En supernova typ Ia exploderar alltid vid samma massa och med samma kemiska innehåll vilket gör att de utstrålar samma mängd ljus. Skeendet kommer ur  en exploderande vit dvärg i ett dubbelstjärnsystem tillsammans med en röd jätte. Därför kan explosionen användas som en metod att mäta långa avstånd i rymden genom att man observerar hur mycket ljus som når jorden och räknar ut avståndet med inversa kvadratlagen

Forskare vid University of Queenslands School of Mathematics and Physics var ledare till en global insats för att sammanställa en datamängd som innehåller information om 2 884 stycken  typ Ia-supernovor som används för att mäta kosmiska avstånd.

Doktorand Ryan Camilleri beskriver att projektet sätter en ny global standard inom supernovakosmologi och ger den tydligaste bilden hittills av hur universum har expanderat över tid.

"Vi har byggt upp tre decennier av astronomiska observationer till en enda, konsekvent ram. Vi kombinerade våra data med andra kosmiska mätningar, inklusive relikljus från Big Bang och kartor över hur galaxer är fördelade i rymden. Istället för att bekräfta den standardmodell för kosmologi där man  antar att mörk energi är fast och oföränderlig har vi nu fått bevis för att mörk energi kan förändras över tid."

Datasetet kombinerar historiska mätningar med data från Dark Energy Survey (se nedan) (DES) som publicerades 2024.

För att enhetliggöra informationen analyserades äldre observationer på nytt med hjälp av modern teknik.

"Under åren har vi lärt oss mycket mer om hur supernovor beter sig, då vi har kunnat gå tillbaka och tillämpa den förbättrade förståelsen på äldre data," beskriver Mr Camilleri och tillägger. "Omfattande arbete har gjorts för att koppla samman observationer från olika teleskop med olika kapaciteter och ta hänsyn till frågor som kosmiskt damm och galaxens massa som kan påverka ljuset från en supernova. Vi inkluderade också mer subtila effekter som gravitationslinsning vilket ger böjning och förstoring av ljus runt stora objekt när det färdas från en supernova till jorden." 

Rumtiden är krökt kring ett massivt objekt till exempel en galaxhop eller ett svart hål linsning innebär att ljus böjs de ljusstrålar som är på väg mot oss från en ljuskälla bakom galaxen. Denna linseffekt kan förstora och förvränga bilden av ljuskällan

Astrofysikern professor Tamara Davis beskriver att datasetet var ett spännande steg mot att förstå vad mörk energi kan vara.

"Våra supernovadata från DES 2024 (namnet på undersökningen) visade först antydningar om att mörk energi kan variera över tid, och denna nya sammanställning visar också en avvikelse från standardmodellen, även om det går i en något annan riktning. På liknande sätt fann man från Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) antydningar om variationer i mörk energi i dessa undersökningar av relik-ljudvågor från det tidiga universum.

 Två helt oberoende mätningar har funnit tecken på tidsvariation i mörk energi, vilket utmanar standardmodellen för mörk energi att den inte förändras. "Vi vet att dessa två skilda teorier är enormt framgångsrika inom sina egna områden, så om vi kan lista ut hur vi sätter ihop dem vore det ett stort steg inom teoretisk fysik."

Framtida undersökningar kommer att läggas till data, inklusive de från Dark Energy Bedrock All-Sky Supernova-programmet (DEBASS) som upptäckt hundratals fler supernovor närmare jorden än DES-undersökningen.

Läs kosmologiresultaten på arXiv här och värdgalaxens massmätningar. 

Resultaten kommer från insatser från hundratals forskare som under många decennier tillsammans med personer som arbetat med Dark Energy Survey, Foundation Supernova Survey, PanStarrs I, Sloan Digital Sky Survey, Supernova Legacy Survey, Carnegie Supernova Project och Center for Astrophysics supernovasurvey. 

Det äldsta ljus vi kan se i universum

 

Bild  https://today.ucsd.edu CMB är en ögonblicksbild av det äldsta ljuset i vårt universum där vi kan se skillnader  av universum i ljus när universum  var 380 000 år gammalt. Tidigare var universum ogenomskinligt då enbart vätgas fanns och temperatur var likartad.  Bilden visar små temperaturfluktuationer som motsvarar områden med något olika densiteter och representerar fröna till framtida stjärnor och galaxer. (cr: Europeiska rymdorganisationen / Plancksamarbetet)

Cirka 380 000 år efter Big Bang gjorde spridningen av strålning från fria elektroner en liten mängd linjär polarisation av ljus vid tiden då universum blev genomskinligt. Processen är delvis analog med den polarisation som uppstår när solljus sprids i jordens atmosfär.

Forskare har funnit antydningar om att denna polarisation kan ha roterat något under sin resa över kosmos. Om det bekräftas kan detta fenomen, känt som kosmisk dubbelbrytning ge bevis för fysik bortom Standardmodellen och potentiellt ge ledtrådar om mörk materians och mörk energi.

Även ett minimalt fel i orienteringen av ett teleskops polarisationsdetektorer kan ge nästan exakt samma effekt. Forskare vid UC San Diego utvecklade en metod för att testa kalibreringen av relativ polarisationsvinkel för olika detektoruppsättningar. Teamet utvecklade en annan skattare och tillämpade den på befintliga observationer från Europeiska rymdorganisationens Planck-satellit. Nya analyser har antytt att CMB-polarisationen kan ha roterat endast en bråkdel av en grad under de nästan 14 miljarder år som ljuset har färdats.

Problemet är att samma rotation kan uppstå om de polarisationskänsliga detektorerna i ett teleskop är felkalibrerade med en liknande liten vinkel. Enbart utifrån CMB-signalen kan forskare inte skilja mellan en enhetlig kosmisk rotation och ett vanligt fel i detektorns orientering eftersom båda ger exakt samma observerade effekt. "Signalen vi letar efter är otroligt liten, så vi måste vara säkra på att vi ser universum och inte vårt instrument," beskriver Lonappan (vilken ledde studien se nedan). "Vår metod ger oss ett kompletterande sätt att kontrollera den skillnaden. Innan vi tolkar en liten rotation som ny fysik vill vi veta att kalibreringen i sig kan litas på."

Teamet tillämpade metoden på åtta Planck-polarisationskartor och jämförde det resulterande kalibreringsmönstret med det som erhållits från den etablerade analysen som för närvarande används för att separera instrumentell rotation från kosmisk dubbelbrytning känd som Minami–Komatsu-analysen. De två metoderna visade sig vara konsekventa, trots att de bygger på olika antaganden. 

Den nya tekniken är avsiktligt okänslig för någon rotation som är gemensam för alla kartor. Som ett resultat kan den avgöra hur väl olika detektoruppsättningar är kalibrerade i förhållande till varandra. Men den kan inte på egen hand fastställa den totala polarisationsvinkeln eller den absoluta kosmiska dubbelbrytningssignalen. Det kräver fortfarande en oberoende absolut kalibreringsreferens. Det finns två typer av CMB-polarisation: E-lägen och B-mod. E-moder, som först upptäcktes 2002, skapas av täthetsskiften i universum och har symmetriska mönster. B-lägen, å andra sidan har lockliknande mönster. 

Gravitationslinsning förvrängningen av CMB-ljus av materia mellan oss och det tidiga universum  producerar B-lägen som redan har observerats medan primordiala gravitationsvågor kan ge en ytterligare B-modesignal som ännu inte har upptäckts. "Upptäckten av primordiala B-lägen skulle förändra vår förståelse av det tidiga universum, så mätningen måste klara rigorösa kalibreringskontroller," beskriver Professor of Physics Brian Keating and Associate Professor of Physics Kam Arnold,. "Anto har utvecklat ett användbart nytt ramverk för att testa kalibrering av relativ polarisationsvinkel. Det handlar i slutändan om att veta när vi kan lita på en mätning."

Studien, ledd av postdoktoral forskare Anto I. Lonappan, Chancellor's Distinguished Professor i fysik Brian Keating och docent i fysik Kam Arnold, publiceras i Astrophysical Journal Letters.