Η πόλωση της Κοσμικής Μικροκυματικής Ακτινοβολίας Υποβάθρου αποκαλύπτει τη μάζα των γαλαξιακών σμηνών

Η πρώτη ανίχνευση της βαρυτικής εστίασης στο μοτίβο της πόλωσης της κοσμικής μικροκυματικής ακτινοβολίας υποβάθρου προσφέρει έναν περισσότερο ακριβή τρόπο για να μετρήσουμε τη μάζα των γαλαξιακών σμηνών.

Οι επιστήμονες μπορούν να εκτιμήσουν τη μάζα των γαλαξιακών σμηνών δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά μετρώντας πόσο τα σμήνη παραμορφώνουν τη κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου (CMB). Αυτό το αποκαλούμενο φαινόμενο βαρυτικής εστίασης είναι μεγαλύτερο στη θερμοκρασιακή κατανομή της CMB, όμως το σήμα επιμολύνεται από άλλα αστροφυσικά φαινόμενα στο προσκήνιο. Τώρα, μια διεθνής συνεργασία ερευνητών από το Τηλεσκόπιο Νότιου Πόλου (SPT) και την Έρευνα της Σκοτεινής Ύλης (DES) έχει επιδείξει μια εναλλακτική μέθοδο που (αντί αυτής) χρησιμοποιεί τις παραμορφώσεις της πόλωσης της CMB. Αν και ανεπαίσθητο, αυτό το σήμα πόλωσης είναι λιγότερο εύκολο να επιμολυνθεί από το αστροφυσικό προσκήνιο – το οποίο είναι σε μεγάλο βαθμό μη-πολωμένο – επιτρέποντας τη χρήση του για την εκτίμηση με περισσότερη ακρίβεια και αξιοπιστία της μάζας του γαλαξιακού σμήνους.

Η CMB φέρει το μοτίβο της γραμμικής πόλωσης που εντυπώθηκε σε αυτήν όταν το σύμπαν κατά πρώτον κρύωσε αρκετά για να σχηματιστούν τα ουδέτερα άτομα και να διαδοθεί ελεύθερα το φως. Η θεωρία προβλέπει ότι το μοτίβο αυτό θα έπρεπε να τροποποιείται από γαλαξιακά σμήνη μεγάλης μάζας, των οποίων η βαρύτητα επιβάλλει μια ανεπαίσθητη διπολική διευθέτηση στα φωτόνια της CMB. Για να ανιχνεύσει αυτή την διπολική υπογραφή, η ερευνητική ομάδα συνδύασε τα σήματα της πόλωσης της CMB από τις περιοχές περίπου 18.000 γαλαξιακών σμηνών που είχαν ανιχνευτεί σε οπτικές εικόνες από την DES. Μετά την αφαίρεση μιας εκτιμούμενης πόλωσης υποβάθρου, οι ερευνητές έμειναν με ένα σήμα που απέδωσαν στην βαρυτική εστίαση με ένα επίπεδο εμπιστοσύνης 4,8σ, που σημαίνει ότι η πιθανότητα του να οφείλεται στην τύχη είναι λιγότερη από 1 στις 600.000.

Η νέα εστιακά παραγόμενη μέτρηση θα επιτρέψει τους ερευνητές να βαθμονομήσουν τις εκτιμήσεις της μάζας γαλαξιακών σμηνών με μεγαλύτερη ακρίβεια. Η βαθμονόμηση αυτή θα μπορούσε να προσφέρει στοιχεία για τα θεμελιώδη μυστήρια του σύμπαντος, όπως οι μάζες του νετρίνου και η φύση της σκοτεινής ενέργειας και της σκοτεινής ύλης, οι απαντήσει των οποίων μπορεί να βρίσκονται στη διαμόρφωση και εξέλιξη των δομών του σύμπαντος.