Сквозь туман: как свободные электроны размывают древний свет ✛

‹›

Представьте, что вы смотрите на далёкий горный хребет сквозь утренний туман. Контуры вершин размыты, а если туман неоднороден, то одни склоны теряются сильнее других. Примерно так же выглядит для астрономов древний свет Вселенной, который добирается до нас 13,8 миллиарда лет.

Этот свет родился, когда Вселенной было всего 380 тысяч лет — задолго до первых звёзд. С тех пор он летит сквозь космос, и на его пути встречаются облака свободных электронов — частиц, оторвавшихся от атомов. Каждый такой электрон слегка рассеивает свет, как капелька тумана рассеивает луч фонаря. В результате картина неба, которую видит телескоп, оказывается чуть более размытой, чем была изначально. Физики называют это анизотропным экранированием.

Но есть и второй эффект, ещё более тонкий. Некоторые гипотетические поля, которые могли бы существовать во Вселенной, способны слегка поворачивать плоскость колебаний световой волны. Это похоже на то, как если бы туман не только размывал горы, но и заставлял их слегка менять цвет в разных местах. Такое явление называется космическим двойным лучепреломлением.

Чтобы поймать оба эффекта, команда использовала данные шестого релиза телескопа ACT, установленного в пустыне Атакама на высоте 5190 метров. Телескоп покрыл 23% неба с разрешением 1,4 угловой минуты — это как разглядеть монету с расстояния в несколько километров. Данные разделили на четыре независимые части и сравнивали их между собой, чтобы шум прибора не выдал ложный сигнал.

Итог: ни размытие, ни поворот не обнаружены. Для размытия установлен верхний предел Aτ < 450 — это примерно в сто раз слабее, чем предсказывают модели реионизации. Для поворота предел ACB < 0.15, что ограничивает силу взаимодействия гипотетических полей с фотонами. Туман оказался слишком прозрачным, чтобы его заметить нынешними инструментами.

Но сам метод поиска оказался ценным. Впервые мелкомасштабные данные наземного телескопа применили к размытию, и выяснилось, что помехи от далёких галактик — это не просто шум, а систематическая ошибка, которую нужно учитывать. Следующее поколение телескопов, такое как Simons Observatory, сможет использовать поляризацию света, чтобы обойти эту проблему. И тогда туман, возможно, наконец покажет свои очертания.