研究显示引力的透镜效应显著影响了宇宙的双曲率

发布时间：2023-11-08 11:06:55 所属栏目：外闻来源：未知

导读： 　　在宇宙中存在着一种所谓的“双折射”现象，这种现象违反了某种叫做“宇称对称性”的物理定律，它可能揭示了宇宙微波背景（CMB）光的偏振面在早期宇宙发射到今天之

　　在宇宙中存在着一种所谓的“双折射”现象，这种现象违反了某种叫做“宇称对称性”的物理定律，它可能揭示了宇宙微波背景（CMB）光的偏振面在早期宇宙发射到今天之间发生了轻微的旋转。这种现象可能与暗物质和暗能量的本质有关，因此未来的任务将对 CMB 进行更精确的观测。然而，为了提高理论计算的准确性，必须考虑引力透镜效应，即沿途的大质量物体对 CMB 光的弯曲。

　　一项新的研究报告了包含引力透镜效应的宇宙双折射的理论计算，并开发了一个数字代码来计算引力透镜校正。该研究发现，如果忽略引力透镜效应，观测到的宇宙双折射信号就无法与理论预测很好地拟合，而且根据观测数据估计的量子粒子模型参数也会存在系统偏差。这项研究中开发的引力透镜校正工具目前已用于观测研究，并将继续用于分析未来任务的数据。

　　为了解决这些问题，宇宙学家利用各种观测手段来收集宇宙的信息，其中最重要的一种是宇宙微波背景（CMB）。CMB是一种遍布整个宇宙的微波辐射，它是大爆炸后约38万年时宇宙的热辐射的遗留物。CMB 不仅携带了宇宙早期的信息，也受到了宇宙中期和晚期的物理过程的影响。因此，通过对 CMB 的精确测量，我们可以揭示宇宙的历史和性质。

　　CMB 的另外的一个重要特征是它的偏振，即 CMB 光的振荡方向。偏振可以分为两种模式：E 模式和B 模式。E 模式主要由宇宙原初扰动和声波振荡产生，而B 模式则可以由引力波和引力透镜效应产生。引力波是一种弯曲时空的波动，它可以由宇宙早期的暴涨或其他高能物理过程产生。引力透镜效应是指沿途的大质量物体对 CMB 光的弯曲，它可以将 E 模式转换为 B 模式，也可以改变 CMB 光的偏振面的方向。

　　2020年，一些研究团队对 CMB 的偏振数据进行了重新分析，发现了一种有趣的新现象，称为宇宙双折射。宇宙双折射是一种违反宇宙对称性的现象，它表明 CMB 光的偏振面在早期宇宙发射到今天之间可能发生了轻微的旋转。这种现象很难用众所周知的物理定律来解释，因此其背后很可能存在尚未发现的物理现象，例如轴子粒子（ALP）。ALP 是一种假设的基本粒子，它可以与电磁场相互作用，从而导致偏振面的旋转。宇宙双折射的发现可能有助于揭示暗物质和暗能量的本质，因此未来的任务重点是对 CMB 进行更精确的观测。

　　然而，为了提高理论计算的准确性，必须考虑引力透镜效应对宇宙双折射信号的影响。迄今为止，这一效应还没有被充分考虑，因为它涉及到非常复杂的数学。为了解决这一问题，由东京大学物理系和早期宇宙研究中心博士生 Fumihiro Naokawa 以及数据驱动发现中心和 Kavli 宇宙物理与数学研究所(Kavli IPMU) 领导的一对研究人员进行了一项新研究，他们建立了包含引力透镜效应的宇宙双折射的理论计算，并致力于开发包含引力透镜效应的宇宙双折射的数字代码，这对于未来的分析是不可或缺的。

　　首先，Naokawa 和Namikawa 推导出了一个解析方程，描述引力透镜效应如何改变宇宙双折射信号。根据该方程，研究人员对现有代码实施了一个新程序来计算引力透镜校正，然后观察经过和不经过引力透镜校正的信号之间的差异。结果，研究人员发现，如果忽略引力透镜效应，观测到的宇宙双折射信号就无法与理论预测很好地拟合，这会在统计上否定真实的理论。

　　此外，两人还创建了模拟观测数据，这些数据将在未来的观测中获得，以了解引力透镜在寻找 ALP 过程中的效果。他们发现，如果不考虑引力透镜效应，根据观测数据估计的 ALP 模型参数会存在统计上显着的系统偏差，无法准确反映 ALP 模型。

　　这项研究中开发的引力透镜校正工具目前已用于观测研究，Naokawa 和 Namikawa 将继续使用它来分析未来任务的数据。他们希望通过这种方法，能够更好地理解宇宙双折射的物理机制，从而揭示宇宙的奥秘。我们的研究结果表明，在我们的银河系中，存在一个巨大的黑洞，它的质量是太阳的100倍。

（编辑：云计算网_泰州站长网）

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