- 宇宙微波背景輻射是宇宙中最古老的光，源自大爆炸後的輻射殘餘。
- 研究人員發現古老光的偏振可能略微扭曲，這被稱為宇宙雙折射。
- 新方法可以解決儀器校準錯誤對宇宙雙折射的影響。
- 這項技術對檢測原始 B 模式偏振具有重要意義，能提供引力波證據。
宇宙微波背景輻射是宇宙中最古老的光，源自大爆炸後約 38 萬年的輻射殘餘。這種光的地圖為科學家提供了一幅 138 億年前「嬰兒宇宙」的畫面。研究人員發現，這種古老光的偏振在漫長的旅程中可能略微扭曲，這一現象被稱為宇宙雙折射。如果得到確認，這一效應可能指向超越標準模型的物理學，並提供有關暗物質和暗能量的新線索。
然而，這裡有一個問題。即使是望遠鏡的偏振檢測器方向上的微小誤差，也可能產生幾乎完全相同的信號，與真正的宇宙雙折射相似。僅僅通過觀察光，科學家無法判斷他們所看到的是真正的宇宙扭曲，還是僅僅是儀器的校準錯誤。加州大學聖地亞哥分校的研究人員開發了一種新方法來解決這一不確定性。該團隊由博士後研究員 Anto I. Lonappan 領導，並與教授 Brian Keating 和 Kam Arnold 合作，將其研究結果發表在《天體物理學期刊快報》中。
新方法解決儀器誤差
這種方法比較來自同一望遠鏡中不同檢測器組所建構的地圖。真正的宇宙旋轉在每個地圖上都會顯示為相同，因此當這些地圖彼此比較時，這種共享的旋轉會相互抵消，留下的僅是每組檢測器校準的差異。「我們所尋找的信號是極其微小的，」Lonappan 表示，並補充道團隊希望能夠確定他們觀察的是宇宙，而非儀器。研究人員對來自歐洲航天局的普朗克衞星的八個偏振地圖進行了測試，並將結果與一種名為 Minami-Komatsu 的現有方法進行比較。
儘管兩種方法依賴於不同的基本假設，結果仍然十分接近。
雙折射角度的測量挑戰
然而，這種新技術無法單獨確定絕對的宇宙雙折射角度，因為它故意對每個地圖之間的共享旋轉不敏感。作為演示，團隊將其結果固定在現有分析的校準上，重現了 0.37 度的雙折射角，誤差範圍為 ±0.12 度，與先前的發現相符。這項工作還對檢測原始 B 模式偏振具有重要意義，這是一種在宇宙微波背景中呈現的漩渦狀圖案，將為在宇宙膨脹最早時期產生的引力波提供有力證據。這種方法檢測到的校準誤差可能會模仿同樣的 B 模式信號，因此隨著儀器靈敏度的提高，進行獨立檢查變得越來越重要。
「這最終是關於瞭解何時可以信任一個測量，」Keating 表示，並指出未來對原始 B 模式的任何檢測需要經得起這種審查。
新技術對宇宙物理學的影響
隨著對宇宙微波背景輻射的深入研究，科學家們正面臨著如何準確測量宇宙雙折射的挑戰。這項新技術不僅能夠減少儀器誤差的影響，還可能揭示有關暗物質和暗能量的新線索。尤其是在檢測原始 B 模式偏振方面，這項技術的發展將對未來的宇宙學研究產生深遠影響，因為它能夠提供關於宇宙早期狀態的重要證據，從而推進我們對宇宙演化的理解。