სტანდარტული კოსმოლოგიური მოდელის თანახმად, დიდი აფეთქებიდან დაახლოებით 380,000 წლის შემდეგ სამყაროს ტემპერატურა ჩამოცდა წყალბადის ატომის იონიზაციის ტემპერატურას და მოხდა წყალბადის რეკომბინაცია. შედეგად სამყაროს მატერია გაუმჭვირვალე პლაზმური მდგომარეობიდან გადავიდა გამჭვირვალე გაზურ მდგომარეობაში. ამ ეპოქის სითბური გამოსხივება ეხლა დაიკვირვება როგორც რელიქტური მიკროტალღური ფონი (CMB). ძირითადად სწორედ CMB-ის მონაცემებით, მიღებული მაგალითად კოსმოსური ობსერვატორია Planck-ის (ESA) მიერ, არის ჩამოყალიბებული თანამედროვე წარმოდგენები სამყაროს ევოლუციის შესახებ.

სტანდარტული კოსმოლოგიური მოდელის გვეუბნება, რომ სამყაროში ჩვეულებრივი მატერიის გარდა არსებობს ფარული მატერია და ბნელი ენერგია, რომლებიც ჯამურად სამყაროს 95 %-ს ქმნიან. ეს იდუმალი კომპონენტები არ აღიწერება ელემენტარული ნაწილაკების სტანდარტული მოდელის ფარგლებში. ამჟამად ახალი ფიზიკის კვალი შემჩნეულია მხოლოდ სუსტ ურთირქმედებებში, სადაც ირღვევა ფიზიკური სიდიდეების ლუწობა, ანუ სხვადასხვა ტიპის არეკვლების მიმართ სიმეტრიები. ამიტომ მოსალოდნელია, რომ ფარული მატერია და ფარული ენერგია ასევე გამოვლინდეს ლუწობის დარღვევებში.

ცნობილია, რომ CMB მგრძნობიარეა ლუწობის დარღვევის მიმართ, რელიქტური ფოტონების ურთიერთქმედებამ ფარულ მატერიასთან და ბნელ ენერგიასთან შეიძლება გამოიწვიოს მათი პოლარიზაციების ცვლილებები. ეს ეფექტი შეიძლება გამოვლინდეს ე. წ. ორმაგი სხივთა გარდატეხით. ორმაგი სხივთა გარდატეხა ხდება როცა რაიმე ანიზოტროპული გარემოს ურთიერთ-მართობული მიმართულებით გარდატეხის კოეფიციენტი განსხვავებულია და მასში გამავალი ტალღები ორ ნაწილად იყოფა.

ორმაგი სხივთა გარდატეხა ხასიათდება კუთხით β. ეს კუთხე რომ გაიზომოს საჭიროა ზუსტად ვიცოდეთ ხელსაწყოს პოლარიზაციის კუთხეები, რადგან კალიბრების კუთხის ცდომილება α ზუსტად ისევე გამოვლინდება როგორც საძიებელი კუთხე β. ამიტომ აუცილებელია მოხდეს α და β კუთხეების ცალ-ცალკე გაზომვა. Planck-ის ძველ მონაცემებში ვერ მოხერხდა პოლარიზაციის ანომალური განაწილების პოვნა, რადგან α-ს ცდომილება შეადგენდა 0.28 გრადუსს, ხოლო (α + β)-ს მნიშვნელობა გამოდიოდა 0.31 გრადუსი.

ჟურნალ Physical Review Letters-ში 23 ნოემბერს გამოქვეყნებულ ახალ შრომაში იაპონელმა მეცნიერებმა Yuto Minami (High Energy Accelerator Research Organization, იაპონია) და Eiichiro Komatsu (Max Planck Institute for Astrophysics, გერმანია) მოიფიქრეს β-ს გაზომვებიდან α-სთან დაკავშირებული სისტემატური შეცდომის გამორიცხვის მეთოდი. ამისთვის მათ გააანალიზეს კოსმოსური ობსერვატორია Planck-ის 2018 წლის მონაცემები CMB-ის პოლარიზაციისთვის 4 სხვადასხვა სიხშირისთვის - 100, 143, 217 და 353 GHz.

გარდა CMB-ის პოლარიზაციისა მეცნიერებმა შეისწავლეს მტვერზე გაბნევით გამოწვეული ჩვენი გალაქტიკის გამოსხივებია (Galactic foreground emission). რადგან გალაქტიკური გამოსხივების წყაროები ჩვენთან ახლოსაა, მათ პოლარიზაციაში ფარულ მატერიაზე და ბნელ ენერგიაზე გაბნევა წვლილს ვერ შეიტანდა, თუმცა კალიბრების შეცდომის კუთხე α აქაც გამოვლინდებოდა. CMB-ზე კი უნდა მოქმედებდეს როგორც დეტექტორის მდებარეობა და შესაბამისი α, ისე კოსმოსური ორმაგი სხივთა გარდატეხის კუთხე β.

გალაქტიკური გამოსხივებიდან ფიზიკოსებმა მიიღეს α კუთხის მნიშვნელობა თითოეული სიხშირისთვის და CMB-ის პოლარიზაციების მონაცემებიდან გამოთვალეს საერთო β, რომელიც აღმოჩნდა 0.35 ± 0.14 გრადუსი 2.4σ სტატისტიკური გადახრის სიზუსტით.

ეს კვლევები ქმნიან ახალ შესაძლებლობას აქსიონურ ფარულ მატერიაზე ან ბნელ ენერგიაზე CMB-ის ფოტონების ურთიერთქმედების სიდიდეს შესაფასებლად.

წყარო:

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.221301