Восемь карт неба, снятых разными детекторами телескопа Planck, похожи на восемь дорожных атласов одного города, нарисованных разными картографами. Каждый атлас повёрнут на свой угол: один картограф держал планшет чуть наклонённым, другой — чуть повёрнутым. Если наложить атласы друг на друга, улицы не совпадут. Но если знать, как именно повёрнут каждый атлас, можно совместить их идеально. Именно такую задачу решают учёные, которые ищут космическое двулучепреломление — крошечный поворот поляризации древнего света, который мог бы рассказать о новых частицах.

Проблема в том, что поворот от космического эффекта невозможно отличить от ошибки в установке детекторов. Если все детекторы повёрнуты на один и тот же угол, то картина неба повернётся целиком, и этот общий поворот будет неотличим от настоящего космического сигнала. Существующий метод Минами–Комацу использует поляризацию пыли в нашей Галактике, чтобы разделить эти два вклада. Но этот метод опирается на модель пыли, а если модель неверна, то и калибровка будет неверной. Авторы новой работы придумали проверку, которая не использует модель пыли вообще.

Их подход похож на измерение расстояний между городами, когда у нас нет карты с координатами. Если измерить расстояние от Москвы до Петербурга, от Петербурга до Казани и от Казани до Москвы, то можно вычислить углы треугольника, не зная, где находится сам треугольник на глобусе. Точно так же авторы сравнивают поляризационные карты попарно. Для каждой пары карт они строят две комбинации спектров: симметричную и антисимметричную. Отношение этих комбинаций даёт разность углов между детекторами, при этом общий космический поворот полностью сокращается. Затем все попарные разности объединяются в сеть, где карты — узлы, а разности углов — связи. Сеть решается методом наименьших квадратов, и получается паттерн углов для всех детекторов.

Результат сравнения 28 пар детекторов оказался обнадёживающим. Углы, полученные дифференциальным методом, и углы из метода Минами–Комацу согласуются: статистика хи-квадрат равна 8.18 при семи степенях свободы, что соответствует вероятности 0.32. Все отклонения меньше 1.8 сигма. Это означает, что паттерн калибровки, который даёт модель пыли, воспроизводится методом, не использующим эту модель. Иными словами, модель пыли не обманывает: она даёт те же углы, что и независимый способ, основанный только на свойствах самого реликтового излучения.

Важно понимать, что это не независимое измерение абсолютного значения космического поворота. Оба метода используют одни и те же карты неба, поэтому общий поворот по-прежнему неотличим от общей ошибки. Но теперь мы знаем, что относительные углы между детекторами определены правильно. Это укрепляет доверие к измеренному значению космического двулучепреломления около 0.37 градуса. В будущих экспериментах, таких как Simons Observatory и LiteBIRD, этот дифференциальный тест можно применять как стандартную проверку перед публикацией результатов.

Вернёмся к атласам. Если все картографы повернули свои планшеты на один и тот же угол, то совместить атласы между собой легко, но мы не узнаем, куда на самом деле указывает север. Для этого нужен внешний ориентир — например, Полярная звезда. В случае Planck такого внешнего ориентира пока нет. Но дифференциальный тест показывает, что все атласы согласованы между собой, а значит, ошибка, если она есть, общая для всех. И это уже большой шаг к тому, чтобы доверять карте.