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.
