Los investigadores que investigan un misterioso fenómeno cósmico llamado birrefringencia cósmica han desarrollado un nuevo método para reducir la incertidumbre en cómo se mide. avance, informe carta de revisión físicaLos investigadores de física fundamental pueden mejorar la precisión de las observaciones.
El estudio es el primero en examinar cuantitativamente la incertidumbre en el ángulo de birrefringencia. Esta medición es importante porque puede proporcionar pistas sobre físicas desconocidas que violan la simetría izquierda-derecha del universo. Esto podría ayudar a los científicos a comprender mejor la materia y la energía oscuras.
Un giro sutil en la luz más antigua del universo.
El fondo cósmico de microondas, el tenue resplandor dejado por el Big Bang, contiene información valiosa sobre el universo primitivo. Observaciones recientes sugieren que la polarización de esta antigua luz puede sufrir una ligera rotación. Este efecto se conoce como birrefringencia cósmica.
Los científicos sospechan que esta sutil rotación puede estar asociada con hipotéticas partículas elementales llamadas ejes. Por lo tanto, determinar con precisión la cantidad de rotación, conocido como ángulo de birrefringencia, es esencial para probar posibles nuevas físicas. Los investigadores miden este ángulo analizando la intensidad de una señal llamada correlación CMB EB. Estudios anteriores estimaron que el ángulo de rotación era de aproximadamente 0,3 grados.
Investigación de la incertidumbre de la medición.
El equipo de investigación fue dirigido por el candidato a doctorado de la Escuela de Graduados en Ciencias de la Universidad de Tokio, Fumihiro Naokawa, y el profesor asociado del proyecto del Instituto Kavli de Física y Matemáticas del Universo (Kavli IPMU, WPI), Toshiya Namikawa. Su análisis examinó cuidadosamente las incertidumbres que afectan las mediciones de la birrefringencia cósmica.
Sus resultados sugieren que el ángulo de rotación puede ser en realidad aproximadamente 0,3 grados mayor que los valores informados anteriormente.
“¿Puedes saber qué día es mirando un reloj? No, no puedes. Para determinar la fecha a partir de la manecilla de un reloj, necesitas saber cuántas veces ha girado la manecilla desde una determinada fecha y hora de referencia. En términos científicos, una situación como esta manecilla del reloj, donde solo observar el estado actual no revela cuántas rotaciones han ocurrido en el pasado, marca 3-0 am 3.
“Al igual que un reloj, el CMB que podemos observar sólo está en su estado actual. Por lo tanto, no se deben distinguir ángulos de rotación como 0,3 grados, 180,3 grados y 360,3 grados. Esto significa que el ángulo de birrefringencia tiene una ambigüedad de fase de 180 grados”, dijo Naokawa.
Resuelve el problema de ambigüedad de fase.
Para solucionar este problema, los investigadores han desarrollado una técnica para resolver la ambigüedad. Descubrieron que los detalles de la señal de correlación EB contenían pistas sobre la frecuencia con la que podía girar la dirección de polarización.
Al analizar estas características sutiles en la señal de correlación EB, los científicos pueden determinar el verdadero ángulo de rotación y eliminar la ambigüedad.
Mejorando futuros experimentos de cosmología
El nuevo método proporciona una herramienta para el análisis de futuras observaciones de alta precisión de la birrefringencia cósmica. Los próximos experimentos, incluidos el Observatorio Simon y LiteBIRD, podrían utilizar esta técnica para probar nuevos modelos teóricos de física fundamental.
El equipo también descubrió que cuando se tiene en cuenta la incertidumbre de esta fase, la birrefringencia cósmica afecta a otra señal en el fondo cósmico de microondas conocida como correlación EE. Los científicos utilizan la correlación EE para estimar la “profundidad óptica” del universo, una cantidad importante para estudiar la renovación cósmica. Debido a esta conexión, los nuevos hallazgos pueden requerir que los investigadores revisen las mediciones de profundidad óptica informadas anteriormente.
Una nueva forma de determinar la birrefringencia cósmica
También publicado en un estudio separado. carta de revisión físicaNaokawa examinó formas de reducir los errores introducidos por los telescopios al medir la birrefringencia cósmica. Propuso un método para confirmar el efecto mediante la observación de fuentes astronómicas especiales, incluidas radiogalaxias alimentadas por agujeros negros supermasivos.
Estas observaciones podrían proporcionar otra forma de verificar la birrefringencia cósmica y ayudar a los científicos a descubrir conocimientos más profundos sobre la naturaleza de la energía oscura.
