Das älteste Licht im Universum ist das des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB). Dieses Überbleibsel des Glühens des Urknalls ist seit mehr als 13 Milliarden Jahren unterwegs. Unterwegs hat es einige Geschichten über die Geschichte und Entwicklung des Kosmos aufgegriffen. Wir müssen nur zuhören, was es zu sagen hat.
Eine der Möglichkeiten, wie das CMB eine Geschichte erzählt, ist seine Polarisierung. Stellt man sich Licht als oszillierende Welle vor, dann kann diese Wellenbewegung verschiedene Orientierungen haben, die Orientierung der Schwingung einer Lichtwelle wird als ihre . bezeichnetPolarisation. Licht ist oft ein zufälliges Durcheinander von Orientierungen, was es unpolarisiert macht, aber das Licht von der CMB ist Licht, das vom heißen Gas des frühen Universums gestreut wurde und eine Orientierung hat, die als E-Mode-Polarisation bekannt ist.
E-Mode und B-Mode Polarisation im CMB. Credit: WMAP-Wissenschaftsteam
Wenn zwischen uns und dem kosmischen Mikrowellenhintergrund nur ein leerer, flacher Raum wäre, dann wäre das gesamte Licht des CMB im E-Modus polarisiert. Aber der Weltraum ist nicht leer. Es ist nicht nur mit diffusem Gas und Staub gefüllt, sondern auch mit dunkler Materie und dunkler Energie. Wenn das Licht des Urknalls durch dieses hindurch wandert, ändert sich seine Polarisation leicht, Verdrehen um einen Winkel, ?. Dies verschiebt die Orientierung von CMB-Licht in Richtung B-Mode-Polarisation.
Die Orientierung von polarisiertem Licht ändert sich, während es sich durch den Kosmos bewegt. Bildnachweis: Y. Minami / KEK
Diesen Effekt zu untersuchen ist sehr schwierig, teils weil die Verschiebung so klein ist und teils weil die Quelle der Verschiebung schwer zu bestimmen ist. Aber vor kurzem machte sich ein Team daran, mehr darüber zu erfahren.[^1] Mit Daten aus der Planck-Satellitenuntersuchung analysierten sie die B-Mode-Polarisation mit einer neuen Methode, die Hintergrundrauschen reduziert. Sie konnten eine kleine Verschiebung der Polarisation messen, die als kosmische Doppelbrechung bekannt ist.
Es ist möglich, dass die beobachtete Verschiebung nur auf systematische Fehler bei der Messung zurückzuführen ist, aber das Team stellte fest, dass der Effekt mit einer Wahrscheinlichkeit von 99,2 % real ist. Das ist nicht hoch genug, um den Effekt zu bestätigen, aber es ist hoch genug, um weitere Studien zu verdienen. Sollte sich der Effekt bestätigen, könnte dies auf ein neues Verständnis der Dunklen Materie hinweisen.
Ist das eine linke Hand oder ein Spiegelbild einer rechten Hand? Bildnachweis: Siora Fotografie (@siora18)
Kosmische Doppelbrechung würde auf einen Mangel an Symmetrie hinweisen, der als Parität bekannt ist. Wenn Materie Parität hat, verhalten sich ein Objekt und sein Spiegelbild gleich. Zum Beispiel sind die linke und rechte Hand einer Person Spiegelbilder und können sich auf die gleiche Weise bewegen, haben also Parität. Unsere Herzen sind links, nicht rechts, also verletzen sie die Parität. Reguläre Materie ist in der Art und Weise, wie sie mit CMB-Licht interagiert, symmetrisch, sodass sie keine kosmische Doppelbrechung verursacht. Aber vielleicht tut es die Dunkle Materie. Dies wäre ein neuer Effekt, der bei dunkler Materie nicht beobachtet wird und auf eine Physik jenseits des Standardmodells hinweisen würde.
Es ist noch zu früh, um zu sagen, ob dies ein neuer Hinweis auf dunkle Materie ist. Andere Phänomene wie die frühe kosmische Inflation könnten auch eine B-Mode-Polarisation in CMB-Licht induzieren. Aber diese Studie zeigt, dass der Effekt messbar ist, und das lässt uns hoffen, dass wir ihn eines Tages verstehen werden.
Referenz:Minami, Yuto und Eiichiro Komatsu.“ Neue Extraktion der kosmischen Doppelbrechung aus den Polarisationsdaten von Planck 2018 . 'Physische Überprüfungsschreiben125,22 (2020): 221301.
