آیا جهان پیچ خورده است؟ بررسی جدید در مورد پیچش احتمالی در قدیمی ترین نور جهان

توسط میشل فرانکلین، دانشگاه کالیفرنیا - سن دیگو

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

پس‌زمینه مایکروویو کیهانی (CMB) قدیمی‌ترین تابش نوری جهان است که از حدود 380000 سال پس از انفجار بزرگ بازمانده است. نقشه‌های CMB تصویری از «جهان نوزاد» را مانند ۱۳.۸ میلیارد سال پیش ارائه می‌دهند.

حدود 380000 سال پس از انفجار بزرگ، پراکندگی تابش توسط الکترون‌های آزاد، با شفاف شدن جهان، مقدار کمی قطبش خطی ایجاد کرد. این فرآیند تا حدودی مشابه قطبش تولید شده در هنگام پراکندگی نور خورشید در جو زمین است.

دانشمندان به نکاتی دست یافته اند که نشان می دهد این قطبش ممکن است در طول سفر خود در سراسر کیهان کمی چرخیده باشد. در صورت تایید، این پدیده که به عنوان دوشکستگی کیهانی شناخته می شود، می تواند شواهدی برای فیزیک فراتر از مدل استاندارد ارائه دهد و به طور بالقوه سرنخ هایی در مورد ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک ارائه دهد (نوار کناری را ببینید).

با این حال، حتی یک خطای کوچک در جهت گیری آشکارسازهای قطبش تلسکوپ می تواند تقریبا دقیقا همان اثر را ایجاد کند. محققان در UC San Diego روشی را برای آزمایش کالیبراسیون زاویه قطبش نسبی مجموعه‌های آشکارساز مختلف توسعه دادند. این تیم تخمین‌گر جدیدی توسعه داد و آن را روی مشاهدات موجود از ماهواره پلانک آژانس فضایی اروپا اعمال کرد.

این مطالعه به رهبری آنتو آی. لونپان، استاد برجسته فیزیک صدراعظم دانشگاه و کام آرنولد، استادیار فیزیک، در مجله Astrophysical Journal Letters منتشر شده است.

تحلیل‌های اخیر نشان داده است که قطبش CMB ممکن است در طول تقریبا 14 میلیارد سالی که نور طی کرده است فقط کسری از درجه چرخیده باشد. مشکل این است که اگر آشکارسازهای حساس به قطبش در یک تلسکوپ با یک زاویه مشابه کوچک کالیبره شوند، می‌توان همان چرخش را ایجاد کرد. تنها از طریق سیگنال CMB، دانشمندان نمی توانند بین چرخش یکنواخت کیهانی و خطای رایج در جهت گیری آشکارساز تمایز قائل شوند، زیرا هر دو دقیقا یک اثر مشاهده شده را ایجاد می کنند.

تیم UC San Diego با مقایسه نقشه های ساخته شده از گروه های مختلف آشکارسازها به این مشکل نزدیک شد. یک چرخش کیهانی واقعی در همه نقشه ها مشترک است. در روش جدید، زمانی که نقشه‌ها مقایسه می‌شوند، چرخش رایج لغو می‌شود و تنها تفاوت‌هایی در کالیبراسیون پلاریزاسیون آنها باقی می‌ماند.

لوناپان گفت: سیگنالی که ما به دنبال آن هستیم فوق العاده کوچک است، بنابراین باید مطمئن باشیم که جهان را می بینیم نه ابزار خود را. "روش ما راهی مکمل برای بررسی این تمایز به ما می دهد. قبل از تفسیر یک چرخش کوچک به عنوان فیزیک جدید، می خواهیم بدانیم که خود کالیبراسیون قابل اعتماد است."

این تیم این روش را بر روی هشت نقشه پلاریزاسیون پلانک به کار بردند و الگوی کالیبراسیون حاصل را با الگوی کالیبراسیون به دست آمده از تجزیه و تحلیل تثبیت شده مقایسه کردند که در حال حاضر برای جدا کردن چرخش ابزاری از شکست مضاعف کیهانی، معروف به تحلیل Minami-Komatsu استفاده می شود. این دو رویکرد، با وجود تکیه بر فرضیات متفاوت، سازگار بودند.

تکنیک جدید عمدا نسبت به هر چرخشی که در همه نقشه‌ها مشترک است، حساس نیست. در نتیجه، می‌تواند تعیین کند که چگونه مجموعه‌های آشکارسازهای مختلف نسبت به یکدیگر کالیبره شده‌اند، اما به خودی خود نمی‌تواند زاویه قطبش کلی یا سیگنال انکسار مضاعف کیهانی مطلق را تعیین کند. که هنوز به یک مرجع کالیبراسیون مطلق مستقل نیاز دارد.

به عنوان یک نمایش مشروط، محققان بازسازی دیفرانسیل خود را به حالت کالیبراسیون رایج استنباط شده توسط تجزیه و تحلیل موجود لنگر انداختند. این یک زاویه انکسار دوگانه کیهانی 0.12 ± 0.37 درجه، مطابق با Minami-Komatsu تولید کرد.

دو نوع قطبش CMB وجود دارد: حالت E و حالت B. حالت های E که برای اولین بار در سال 2002 شناسایی شدند، با تغییر چگالی در جهان ایجاد می شوند و دارای الگوهای متقارن هستند. از طرف دیگر حالت های B دارای الگوهای حلقه مانند هستند. عدسی گرانشی - اعوجاج نور CMB توسط ماده بین ما و جهان اولیه - حالت‌های B را ایجاد می‌کند که قبلا مشاهده شده‌اند، در حالی که امواج گرانشی اولیه می‌توانند سیگنال دیگری از حالت B تولید کنند که هنوز شناسایی نشده است.

کشف حالت های B اولیه شواهد قدرتمندی در مورد امواج گرانشی در جهان اولیه ارائه می دهد و می تواند به شدت از مدل های خاصی از تورم کیهانی پشتیبانی کند. روش کالیبراسیون توسعه‌یافته در UC San Diego می‌تواند با شناسایی خطاهای کالیبراسیون زاویه نسبی که حالت‌های E را به حالت‌های B جعلی تبدیل می‌کند، از جستجوهای حالت B اولیه پشتیبانی کند.

از آنجایی که آزمایش‌هایی مانند آزمایش‌هایی در رصدخانه سیمونز، جایی که کیتینگ محقق اصلی است، اندازه‌گیری‌های قطبش را به دقت بالا می‌برند، بررسی‌های کالیبراسیون مستقل، قبل از تفسیر سیگنال‌های بسیار کوچک به عنوان شواهدی برای فیزیک جدید، به یک محافظ مهم تبدیل می‌شوند.

کیتینگ می‌گوید: «تشخیص حالت‌های B اولیه درک ما از جهان اولیه را تغییر می‌دهد، بنابراین اندازه‌گیری باید از بررسی‌های دقیق کالیبراسیون جان سالم به در ببرد. Anto یک چارچوب مفید جدید برای آزمایش کالیبراسیون زاویه قطبش نسبی ایجاد کرده است.

Anto I. Lonappan و همکاران، کالیبراسیون قطبش دیفرانسیل: آزمون سازگاری برای شکست دوگانه کیهانی، The Astrophysical Journal Letters (2026). DOI: 10.3847/2041-8213/aea401

اطلاعات مجله: اخترفیزیک مجله نامه

ارائه شده توسط دانشگاه کالیفرنیا - سن دیگو

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →