Учёные нашли способ различить реальный космический эффект и погрешности измерительной аппаратуры при поиске тонкого поворота поляризации реликтового излучения. Новый метод позволяет проверить, насколько ошибка в ориентации детекторов телескопа влияет на полученные данные. Проверка спутника Planck показала согласованность текущей калибровки, хотя окончательного подтверждения эффекта пока нет.
Исследователи ищут так называемое космическое двулучепреломление — явление, при котором плоскость поляризации света постепенно меняется при прохождении через космос. Речь идёт о реликтовом излучении, возникшем примерно через 380 000 лет после Большого взрыва, когда Вселенная остыла достаточно для свободного распространения света.
Некоторые измерения указывают на поворот поляризации на несколько десятых градуса за 13,8 млрд лет. Если это действительно происходит в космосе, стандартная модель физики это не объясняет. Подобный эффект могли бы вызывать гипотетические сверхлёгкие поля, связанные в ряде моделей с тёмной материей или тёмной энергией.
Основная сложность в самих приборах. Ошибка в ориентации полярометра даже на доли градуса производит сигнал, неотличимый от космического поворота поляризации. По одному измерению реликтового излучения невозможно разделить смещение угла детектора и реальный космический эффект — они математически совпадают.
Лонаппан, Китинг и Арнольд предложили сравнивать карты между собой, а не против абсолютного угла. Если космический поворот одинаков для всех наблюдений, при таком сравнении он исчезает. Остаются различия между наборами детекторов, из которых восстанавливаются их относительные ошибки калибровки.
Авторы применили метод к восьми картам Planck и сравнили результат с методом Минами и Комацу, использующим поляризованное излучение Галактики. Оба подхода дали согласованный результат: χ² = 8,18 при семи степенях свободы, расхождения не превысили 1,8σ.
Однако новая проверка не измеряет само космическое двулучепреломление. Обе методики работают с одними данными Planck, поэтому авторы считают результат независимым способом анализа, но не независимым наблюдением. Привязав реконструкцию к прежней абсолютной калибровке, получили угол 0,37 ± 0,12° — близко к прежним оценкам.
Интерес к этому сигналу вырос, когда несколько независимых наборов наблюдений начали давать поворот одного знака и сопоставимой величины. В 2024 году ACT получила 0,215 ± 0,074°, отличаясь от нуля на 2,9σ. Авторы той работы указали на оставшиеся систематические погрешности и не назвали результат доказательством новой физики.
Более сильный сигнал появился при совместном анализе ACT и Planck: 0,277 ± 0,057°, формально на 4,8σ от нуля. После проверки влияния галактической пыли значимость упала до 3,5σ. Исследователи вновь предупредили, что нерешённые систематические проблемы пока не позволяют сделать уверенный вывод.
Точность калибровки важна не только для поисков двулучепреломления. Поляризация реликтового излучения разделяется на E- и B-моды. Ошибка в угле детектора может превратить часть более сильного E-сигнала в ложный B-сигнал. Космологи особенно ищут первичные B-моды, так как они могли бы свидетельствовать о гравитационных волнах из самых ранних моментов Вселенной.
Говорить о буквально «закрученной» Вселенной рано. Речь идёт о конкретном эффекте — малом повороте плоскости поляризации древнего света. Новая работа закрывает один важный источник ложного сигнала. Для окончательной проверки понадобятся независимый абсолютный эталон угла поляризации и новые наблюдения с лучше контролируемыми приборными погрешностями.
