Pesquisadores que estudam um misterioso fenômeno cósmico chamado birrefringência cósmica criaram um novo método para reduzir a incerteza em sua medição. Pré-pagamentos, relatados em Cartas de revisão físicao que pode melhorar a precisão da observação na exploração da física básica.
Este estudo é o primeiro a investigar quantitativamente a incerteza nos ângulos de birrefringência. Esta medição é importante porque pode fornecer pistas sobre teorias físicas desconhecidas que violam a simetria esquerda-direita do universo. Também poderia ajudar os cientistas a compreender melhor a matéria escura e a energia escura.
Reviravoltas sutis na luz mais antiga do universo
A radiação cósmica de fundo é o brilho fraco deixado pelo Big Bang e contém informações valiosas sobre o universo primitivo. Observações recentes sugerem que a polarização desta luz antiga pode ter sido ligeiramente girada. Este efeito é chamado de birrefringência cósmica.
Os cientistas suspeitam que esta rotação sutil pode estar relacionada a hipotéticas partículas elementares chamadas áxions. Portanto, determinar com precisão a quantidade de rotação, conhecida como ângulo de birrefringência, é crucial para testar possíveis novas físicas. Os pesquisadores mediram esse ângulo analisando a intensidade do sinal conhecida como correlação CMB EB. Os primeiros estudos estimaram o ângulo de rotação em cerca de 0,3 graus.
Incerteza de medição do estudo
A equipe de pesquisa foi liderada por Fumihiro Naokawa, estudante de doutorado na Escola de Pós-Graduação em Ciências da Universidade de Tóquio, e colaborou com Toshiya Namikawa, professor associado do programa no Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU, WPI). A sua análise examina as incertezas que afetam as medições da birrefringência cósmica.
Seus resultados sugerem que o ângulo de rotação pode, na verdade, ser maior do que o valor relatado anteriormente de aproximadamente 0,3 graus.
“Você consegue dizer que dia da semana é apenas olhando para um relógio? Não, você não pode. Para fazer isso a partir de algo como um ponteiro de relógio – você precisa saber quantas vezes o ponteiro girou desde uma referência específica data e hora. Em termos científicos, algo como este ponteiro de relógio – apenas olhar para o estado atual não revela quantas rotações ocorreram no passado – é descrito como tendo ambiguidade de fase de 360 graus.
Naokawa disse: “Como um relógio, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas que podemos observar está apenas em seu estado atual. Portanto, ângulos de rotação como 0,3 graus, 180,3 graus e 360,3 graus devem ser indistinguíveis. Isso significa que a ambiguidade de fase do ângulo de birrefringência é de 180 graus.”
Resolvendo problemas de ambiguidade de fase
Para resolver esse problema, os pesquisadores desenvolveram uma técnica para resolver ambigüidades. Eles descobriram que a forma detalhada do sinal relacionado ao EB continha pistas sobre quantas vezes a direção de polarização poderia ter sido girada.
Ao analisar essas características sutis em sinais relacionados ao 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 analisar futuras observações de alta precisão da birrefringência cósmica. Os próximos experimentos, incluindo o Observatório Simmons 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 em micro-ondas, a correlação EE. Os cientistas usam a correlação EE para estimar a “profundidade óptica” do universo, uma quantidade importante para o estudo da reionização cósmica. Devido a esta conexão, as novas descobertas podem exigir que os pesquisadores revisem as medições de profundidade óptica relatadas anteriormente.
Novo método para confirmar a birrefringência cósmica
Outro estudo também foi publicado em Cartas de revisão físicaNaokawa estuda maneiras de reduzir os erros introduzidos pelos telescópios na medição da birrefringência cósmica. Ele propôs uma forma de confirmar este efeito através da observação de fontes astronómicas específicas, incluindo rádio-galáxias alimentadas por buracos negros supermassivos.
Estas observações poderão fornecer outra forma de verificar a birrefringência cósmica e podem ajudar os cientistas a obter uma maior compreensão da natureza da energia escura.
