Las misiones futuras podrán encontrar señales de violación de la paridad-simetría en la polarización del fondo cósmico de microondas con mayor precisión después de que un par de investigadores hayan logrado tener en cuenta el efecto de lente gravitacional, informa un nuevo estudio en Physical Review D, seleccionado como Sugerencia de los editores.
¿Hasta dónde se extiende el universo? ¿Cuándo y cómo empezó el universo? La cosmología ha avanzado al abordar estas cuestiones proporcionando evidencia observacional para modelos teóricos del universo basados en la física fundamental. El modelo estándar de cosmología es ampliamente aceptado por los investigadores de hoy. Sin embargo, todavía no puede explicar cuestiones fundamentales de la cosmología, incluidas la materia y la energía oscuras.
En 2020, se informó de un nuevo e interesante fenómeno llamado birrefringencia cósmica a partir de los datos de polarización del fondo cósmico de microondas (CMB). La polarización describe ondas de luz que oscilan perpendicularmente a la dirección en la que viaja. En general, la dirección del plano de polarización permanece constante, pero puede girarse en circunstancias especiales.
Un nuevo análisis de los datos del CMB mostró que el plano de polarización de la luz del CMB puede haber rotado ligeramente entre el momento en que se emitió en el universo primitivo y la actualidad. Este fenómeno viola la simetría de paridad y se llama birrefringencia cósmica.
Debido a que la birrefringencia cósmica es difícil de explicar con las leyes físicas bien conocidas, existe una gran posibilidad de que detrás de ella se encuentre física aún por descubrir, como las partículas similares a axiones (ALP). Un descubrimiento de la birrefringencia cósmica podría abrir el camino para revelar la naturaleza de la materia y la energía oscuras, por lo que las misiones futuras se centran en realizar observaciones más precisas del CMB.
Para ello, es importante mejorar la precisión de los cálculos teóricos actuales, pero hasta ahora estos cálculos no han sido lo suficientemente precisos porque no tienen en cuenta las lentes gravitacionales.
Un nuevo estudio realizado por un par de investigadores, dirigido por el estudiante de doctorado del Departamento de Física y el Centro de Investigación para el Universo Temprano de la Universidad de Tokio, Fumihiro Naokawa, y el Centro para el Descubrimiento Basado en Datos y el Instituto Kavli para la Física y las Matemáticas del Universo (Kavli IPMU ) El profesor asistente del proyecto Toshiya Namikawa, estableció un cálculo teórico de la birrefringencia cósmica que incorpora efectos de lentes gravitacionales y trabajó en el desarrollo de un código numérico para la birrefringencia cósmica que incluye efectos de lentes gravitacionales, que será indispensable para futuros análisis.
Primero, Naokawa y Namikawa derivaron una ecuación analítica que describe cómo el efecto de lente gravitacional cambia la señal de birrefringencia cósmica. Con base en la ecuación, los investigadores implementaron un nuevo programa en un código existente para calcular la corrección de la lente gravitacional y luego observaron la diferencia en las señales con y sin la corrección de la lente gravitacional.
Como resultado, los investigadores descubrieron que si se ignoran las lentes gravitacionales, la predicción teórica no puede ajustar bien la señal de birrefringencia cósmica observada, lo que rechazaría estadísticamente la teoría verdadera.
Además, la pareja creó datos de observación simulados que se obtendrán en futuras observaciones para ver el efecto de las lentes gravitacionales en la búsqueda de ALP. Descubrieron que si no se considera el efecto de lente gravitacional, habría sesgos sistemáticos estadísticamente significativos en los parámetros del modelo de ALP estimados a partir de los datos observados, lo que no reflejaría con precisión el modelo de ALP.
La herramienta de corrección de lentes gravitacionales desarrollada en este estudio ya se está utilizando en estudios observacionales en la actualidad, y Naokawa y Namikawa continuarán usándola para analizar datos para futuras misiones.
Con información de arXiv
