Observaciones recientes sugieren que la luz más antigua del universo puede haberse torcido ligeramente desde su inicio hace casi 14 mil millones de años. Aunque sutiles, estas señales podrían cambiar nuestra comprensión de la física más allá del modelo estándar y arrojar luz sobre temas como la materia oscura. Sin embargo, las mismas señales también podrían ser el resultado de un pequeño error en la orientación de los detectores de polarización del telescopio.
Para descartar esto último, los astrónomos primero deben desarrollar un sistema para determinar la calibración relativa del ángulo de polarización de los detectores. En un artículo en The Astrophysical Journal Letters, investigadores de UC San Diego describen un nuevo método para hacer precisamente eso.
“La señal que estamos buscando es increíblemente pequeña, por lo que tenemos que estar seguros de que estamos viendo el universo y no nuestro instrumento”, dijo en un comunicado Anto I. Lonappan, becario postdoctoral en UC San Diego.
“Nuestro método nos brinda una forma complementaria de verificar esa distinción. Antes de interpretar una pequeña rotación como nueva física, queremos saber si se puede confiar en la calibración en sí”.
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La luz más antigua del universo
La primera luz en el universo apareció unos 380.000 años después del Big Bang. Casi 14 mil millones de años después, los astrónomos todavía pueden distinguir los restos de esta antigua luz, llamada fondo cósmico de microondas (CMB), gracias a telescopios muy potentes armados con detectores extremadamente sensibles, como el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea.
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Una pequeña proporción del CMB está polarizada, lo que significa que vibra en una determinada dirección, y observaciones recientes sugieren que esta polarización puede haber girado ligeramente a medida que viajaba a través del universo, un fenómeno conocido como birrefringencia cósmica. El movimiento es mínimo (sólo una fracción de grado), pero podría ser significativo.
Desarrollo de una prueba de birrefringencia cósmica
Para descubrir si las señales son el resultado de la birrefringencia cósmica o son simplemente un error de calibración, Lonappan y sus colegas compararon mapas producidos por una variedad de detectores basándose en que la verdadera birrefringencia cósmica se reflejaría en cada uno de los mapas. Como tal, su método cancela cualquier rotación común a todos los mapas, lo que significa que cualquier rotación restante probablemente se deba a diferencias en la calibración de la polarización.
El equipo probó su método aplicando la técnica a ocho mapas creados por el satélite Planck y luego comparó los resultados con los obtenidos del análisis Minami-Komatsu. Este último es el método de referencia para determinar qué es la birrefringencia cósmica y qué es un error de calibración.
Descubrieron que los resultados producidos por los dos métodos eran consistentes. Ambos encontraron un ángulo de birrefringencia cósmica de 0,37° ± 0,12°, lo que sugiere que el nuevo método podría servir como un enfoque alternativo. Los investigadores subrayan que los resultados no confirman la existencia de birrefringencia cósmica. Más bien, ofrece un estimador independiente y una ruta de modelado.
Distinguir los modos B de los modos E
Una forma en que el método podría ayudar a futuras investigaciones es en la búsqueda de un tipo particular de polarización CMB que muestre patrones en forma de rizos, conocidos como modos B. Estos pueden ser causados por un proceso llamado lente gravitacional, que describe la distorsión de la luz que se produce cuando pasa por un objeto masivo. Pero también pueden ser producidas por ondas gravitacionales generadas en el universo primitivo (conocidas como ondas gravitacionales primordiales). Este segundo grupo hasta ahora no ha sido detectado pero, si se descubre, podría ofrecer pistas sobre el universo primitivo y temas como la inflación cósmica.
El equipo espera que el método pueda ayudar a evitar errores en la identificación de los modos B y E.
“La detección de modos B primordiales transformaría nuestra comprensión del universo primitivo, por lo que la medición debe sobrevivir a rigurosas comprobaciones de calibración”, dijo en un comunicado el distinguido profesor de física de Chancellor, Brian Keating, coautor del artículo.
“Anto ha desarrollado un nuevo marco útil para probar la calibración del ángulo de polarización relativa. En última instancia, se trata de saber cuándo podemos confiar en una medición”.
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