Το παλαιότερο φως στο σύμπαν είναι αυτό του κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων (CMB). Αυτή η λάμψη που απομένει από τη Μεγάλη Έκρηξη έχει ταξιδέψει για περισσότερα από 13 δισεκατομμύρια χρόνια. Στην πορεία, έχει μαζέψει μερικές ιστορίες για την ιστορία και την εξέλιξη του σύμπαντος. Απλά πρέπει να ακούσουμε τι έχει να πει.
Ένας από τους τρόπους με τους οποίους το CMB αφηγείται μια ιστορία είναι μέσω της πόλωσής του. Εάν σκεφτείτε το φως ως ένα ταλαντούμενο κύμα, τότε αυτή η κυματική κίνηση μπορεί να έχει διαφορετικούς προσανατολισμούς, ο προσανατολισμός της ταλάντωσης ενός φωτεινού κύματος είναι γνωστός ωςπόλωση. Συχνά, το φως είναι ένα τυχαίο συνονθύλευμα προσανατολισμών, που το καθιστά μη πολωμένο, αλλά το φως από το CMB είναι φως που έχει διασκορπιστεί από το καυτό αέριο του πρώιμου σύμπαντος και έχει έναν προσανατολισμό γνωστό ως πόλωση E-mode.
Πόλωση e-mode και B-mode στο CMB. Πίστωση: Επιστημονική Ομάδα WMAP
Εάν δεν υπήρχε τίποτα άλλο παρά κενός, επίπεδος χώρος μεταξύ μας και του κοσμικού μικροκυματικού φόντου, τότε όλο το φως από το CMB θα ήταν πολωμένο σε λειτουργία E. Αλλά ο βαθύς χώρος δεν είναι κενός. Είναι γεμάτο όχι μόνο με διάχυτο αέριο και σκόνη, αλλά και με σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια. Καθώς το φως από τη μεγάλη έκρηξη ταξιδεύει μέσα από αυτό, η πόλωσή του αλλάζει ελαφρώς, στρίβοντας μέσα από μια γωνία, ?. Αυτό μετατοπίζει τον προσανατολισμό του φωτός CMB προς την πόλωση B-mode.
Ο προσανατολισμός του πολωμένου φωτός αλλάζει καθώς κινείται μέσα στο σύμπαν. Credit: Y. Minami / ΚΕΚ
Η μελέτη αυτής της επίδρασης είναι πολύ δύσκολη, εν μέρει επειδή η μετατόπιση είναι τόσο μικρή και εν μέρει επειδή είναι δύσκολο να εντοπιστεί η πηγή της μετατόπισης. Αλλά πρόσφατα μια ομάδα ξεκίνησε να μάθει περισσότερα γι' αυτό.[^1] Χρησιμοποιώντας δεδομένα από τη δορυφορική έρευνα Planck, ανέλυσαν την πόλωση της λειτουργίας B χρησιμοποιώντας μια νέα μέθοδο που μειώνει τον θόρυβο του περιβάλλοντος. Κατάφεραν να μετρήσουν μια μικρή μετατόπιση στην πόλωση, γνωστή ως κοσμική διπλή διάθλαση.
Είναι πιθανό η παρατηρούμενη μετατόπιση να οφείλεται απλώς σε συστηματικά σφάλματα στη μέτρησή τους, αλλά η ομάδα διαπίστωσε ότι το αποτέλεσμα είναι πραγματικό με πιθανότητα 99,2%. Αυτό δεν είναι αρκετά υψηλό για να επιβεβαιώσει το αποτέλεσμα, αλλά είναι αρκετά υψηλό για να αξίζει περαιτέρω μελέτη. Εάν το αποτέλεσμα επιβεβαιωθεί, θα μπορούσε να υποδηλώνει μια νέα κατανόηση της σκοτεινής ύλης.
Είναι αυτό αριστερό χέρι ή καθρέφτης του δεξιού χεριού; Credit: Siora Photography (@siora18)
Η κοσμική διπλή διάθλαση θα υποδείκνυε την έλλειψη συμμετρίας γνωστή ως ισοτιμία. Όταν η ύλη έχει ισοτιμία, ένα αντικείμενο και η κατοπτρική του εικόνα συμπεριφέρονται με τον ίδιο τρόπο. Για παράδειγμα, το αριστερό και το δεξί χέρι ενός ατόμου είναι εικόνες καθρέφτη και μπορούν να κινούνται με τον ίδιο τρόπο, επομένως έχουν ισοτιμία. Οι καρδιές μας είναι στα αριστερά, όχι στα δεξιά, επομένως παραβιάζουν την ισοτιμία. Η κανονική ύλη είναι συμμετρική στον τρόπο που αλληλεπιδρά με το φως CMB, επομένως δεν προκαλεί κοσμική διπλή διάθλαση. Ίσως όμως η σκοτεινή ύλη το κάνει. Αυτό θα ήταν ένα νέο φαινόμενο που δεν φαίνεται στη σκοτεινή ύλη και θα έδειχνε τη φυσική πέρα από το τυπικό μοντέλο.
Είναι ακόμη πολύ νωρίς για να πούμε αν αυτό είναι μια νέα ένδειξη για τη σκοτεινή ύλη. Άλλα φαινόμενα όπως ο πρώιμος κοσμικός πληθωρισμός θα μπορούσαν επίσης να προκαλέσουν πόλωση τύπου B στο φως CMB. Αλλά αυτή η μελέτη δείχνει ότι το αποτέλεσμα μπορεί να μετρηθεί, και αυτό μας δίνει την ελπίδα ότι μια μέρα θα το καταλάβουμε.
Αναφορά:Minami, Yuto και Eiichiro Komatsu. Νέα εξαγωγή της κοσμικής διπλής διάθλασης από τα δεδομένα πόλωσης Planck 2018 .Επιστολές Φυσικής Ανασκόπησης125.22 (2020): 221301.