Pesquisadores que investigam um misterioso fenômeno cósmico chamado birrefringência cósmica desenvolveram um novo método para reduzir a incerteza na forma como ele é medido. Avançar, relatar Carta de revisão físicaOs investigadores da física fundamental podem melhorar a precisão das observações.
O estudo é o primeiro a examinar quantitativamente a incerteza no ângulo de birrefringência. Esta medição é importante porque pode fornecer pistas sobre física desconhecida que viola a simetria esquerda-direita do universo. Isto poderia ajudar os cientistas a compreender melhor a matéria escura e a energia escura.
Uma reviravolta sutil na luz mais antiga do universo
A radiação cósmica de fundo em micro-ondas, o tênue brilho deixado pelo Big Bang, contém informações valiosas sobre o universo primitivo. Observações recentes sugerem que a polarização desta luz antiga pode sofrer uma ligeira rotação. Este efeito é conhecido como birrefringência cósmica.
Os cientistas suspeitam que esta rotação sutil pode estar associada a hipotéticas partículas elementares chamadas eixos. Determinar com precisão a quantidade de rotação, conhecida como ângulo de birrefringência, é, portanto, essencial para testar possíveis novas físicas. Os pesquisadores medem esse ângulo analisando a força de um sinal denominado correlação CMB EB. Estudos anteriores estimaram o ângulo de rotação em cerca de 0,3 graus.
Investigação da incerteza de medição
A equipe de pesquisa foi liderada pelo candidato a doutorado da Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Tóquio, Fumihiro Naokawa, professor associado do projeto do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU, WPI), Toshiya Namikawa. Suas análises examinaram cuidadosamente as incertezas que afetam as medições da birrefringência cósmica.
Seus resultados sugerem que o ângulo de rotação pode, na verdade, ser cerca de 0,3 graus maior do que os valores relatados anteriormente.
“Você consegue dizer que dia é olhando para um relógio? Não, você não pode. Para determinar a data no ponteiro de um relógio, você precisa saber quantas vezes o ponteiro girou a partir de uma determinada data e hora de referência. Em termos científicos, uma situação como este ponteiro do relógio – onde apenas observar o estado atual não revela quantas rotações ocorreram no passado – gree 3-0 am 3.
“Como um relógio, a CMB que podemos observar está apenas em seu estado atual. Portanto, ângulos de rotação como 0,3 graus, 180,3 graus e 360,3 graus não devem ser distinguidos. Isso significa que o ângulo de birrefringência tem uma ambiguidade de fase de 180 graus, “disse Naokawa.
Resolva o problema de ambiguidade de fase
Para resolver este problema, os pesquisadores desenvolveram uma técnica para resolver a ambigüidade. Eles descobriram que os detalhes do sinal de correlação EB continham pistas sobre a frequência com que a direção da polarização poderia girar.
Ao analisar essas características sutis no sinal de correlação EB, os cientistas poderão determinar o verdadeiro ângulo de rotação e eliminar a ambiguidade.
Melhorando futuros experimentos de cosmologia
O novo método fornece uma ferramenta para a análise de futuras observações de alta precisão da birrefringência cósmica. Os próximos experimentos, incluindo o Observatório Simon e o LiteBIRD, poderiam usar esta técnica para testar novos modelos teóricos da física fundamental.
A equipe também descobriu que quando esta incerteza de fase é levada em consideração, a birrefringência cósmica afeta outro sinal na radiação cósmica de fundo conhecido como correlação EE. Os cientistas usam a correlação EE para estimar a “profundidade óptica” do universo, uma quantidade importante para estudar a renovação cósmica. Devido a esta conexão, novas descobertas podem exigir que os pesquisadores revisem as medições de profundidade óptica relatadas anteriormente.
Uma nova maneira de determinar a birrefringência cósmica
Também publicado em um estudo separado Carta de revisão físicaNaokawa examinou maneiras de reduzir erros introduzidos por telescópios ao medir a birrefringência cósmica. Ele propôs um método para confirmar o efeito observando fontes astronômicas especiais, incluindo rádio-galáxias alimentadas por buracos negros supermassivos.
Estas observações poderão fornecer outra forma de verificar a birrefringência cósmica e ajudar os cientistas a descobrir conhecimentos mais profundos sobre a natureza da energia escura.
