우주에서 가장 오래된 빛의 이상한 비틀림은 우리가 생각했던 것보다 더 클 수 있습니다

이번 연구는 복굴절각의 불확실성을 정량적으로 조사한 최초의 연구이다. 이 측정은 우주의 좌우 대칭을 위반하는 알려지지 않은 물리적 이론에 대한 단서를 제공할 수 있기 때문에 중요합니다. 또한 과학자들이 암흑 물질과 암흑 에너지를 더 잘 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

우주에서 가장 오래된 빛의 미묘한 반전

빅뱅이 남긴 희미한 잔광인 우주 마이크로파 배경에는 초기 우주에 대한 귀중한 정보가 담겨 있습니다. 최근 관찰에 따르면 이 고대 빛의 편광은 약간의 회전을 겪을 수 있습니다. 이 효과는 우주 복굴절로 알려져 있습니다.

과학자들은 이 미묘한 회전이 액시온(axion)이라고 불리는 가상의 기본 입자와 연결될 수 있다고 의심합니다. 따라서 복굴절 각도로 알려진 회전량을 정확하게 결정하는 것은 가능한 새로운 물리학을 테스트하는 데 필수적입니다. 연구원들은 CMB EB 상관관계라는 신호의 강도를 분석하여 이 각도를 측정합니다. 이전 연구에서는 회전 각도를 약 0.3도로 추정했습니다.

측정 불확실성 조사

연구팀은 Kavli 우주 물리학 및 수학 연구소(Kavli IPMU, WPI) 프로젝트 부교수인 Toshiya Namikawa와 함께 작업하는 도쿄 대학 이학 대학원 박사 후보자 나오카와 후미히로(Fumihiro Naokawa)가 이끌었습니다. 그들의 분석은 우주 복굴절 측정에 영향을 미치는 불확실성을 주의 깊게 조사했습니다.

그들의 결과는 회전 각도가 실제로 이전에 보고된 값인 약 0.3도보다 더 클 수 있음을 시사합니다.

“시계만 보면 무슨 요일인지 알 수 있나요? 아니요, 불가능합니다. 시계 바늘에서 날짜를 확인하려면 특정 기준 날짜와 시간 이후 바늘이 몇 번 회전했는지 알아야 합니다. 이 시계 바늘과 같이 현재 상태만 관찰하면 과거에 몇 번 회전했는지 알 수 없는 상황을 과학적인 용어로 360도 위상 모호성이라고 설명합니다.

“시계처럼 우리가 관찰할 수 있는 CMB는 현재 상태에만 있습니다. 따라서 0.3도, 180.3도, 360.3도와 같은 회전 각도는 구별할 수 없어야 합니다. 이는 복굴절 각도가 180도의 위상 모호성을 가짐을 의미합니다.”라고 Naokawa는 말했습니다.

위상 모호성 문제 해결

이 문제를 해결하기 위해 연구진은 모호성을 해결하는 기술을 개발했습니다. 그들은 EB 상관 신호의 상세한 모양에 편광 방향이 몇 번 회전했는지에 대한 단서가 포함되어 있음을 발견했습니다.

EB 상관 신호 내의 이러한 미묘한 특징을 분석함으로써 과학자들은 실제 회전 각도를 결정하고 모호성을 제거할 수 있습니다.

미래 우주론 실험 개선

새로운 방법은 우주 복굴절에 대한 미래의 고정밀 관측을 분석하기 위한 도구를 제공합니다. Simons Observatory 및 LiteBIRD를 포함한 다가오는 실험에서는 이 기술을 사용하여 기초 물리학의 새로운 이론적 모델을 테스트할 수 있습니다.

또한 팀은 이러한 위상 불확실성을 고려할 때 우주 복굴절이 EE 상관관계로 알려진 우주 마이크로파 배경의 또 다른 신호에 영향을 미친다는 사실도 발견했습니다. 과학자들은 EE 상관관계를 사용하여 우주 재이온화를 연구하는 데 중요한 양인 우주의 “광학 깊이”를 추정합니다. 이러한 연결로 인해 새로운 발견은 연구자들이 이전에 보고된 광학 깊이 측정을 다시 검토해야 할 수도 있습니다.

우주 복굴절을 확인하는 새로운 방법

에 발표된 별도의 연구에서도 실제 검토 편지Naokawa는 우주 복굴절을 측정할 때 망원경으로 인해 발생하는 오류를 줄이는 방법을 조사했습니다. 그는 초거대 블랙홀에 의해 구동되는 전파 은하를 포함한 특정 천문학적 소스를 관찰하여 효과를 확인하는 방법을 제안했습니다.

이러한 관찰은 우주 복굴절을 검증하는 또 다른 방법을 제공할 수 있으며 과학자들이 암흑 에너지의 본질에 대한 더 깊은 통찰력을 발견하는 데 도움이 될 수 있습니다.