Поляризация света от далёких источников поможет выявить гравитационные волны
Вектор поляризации в основном зависит от гравитационного по своей природе вращения, что отличает его от искажений, вносимых обычным линзированием, которому подвергается фотон в полёте через Вселенную. Изменения в поляризации вызывает не любая масса на пути частицы, но лишь гравитационные волны и крупные движущиеся потоки материи.
Поляризация может оказаться чувствительнее традиционных методов поиска гравитационных волн. (Иллюстрация Liang Dai.)
Под последними автор новой концепции Лян Дай (Liang Dai) из Университета Джонса Хопкинса (США) подразумевает вихревое вращательное движение — к примеру, такое как коллективное вращательное движение спиральных галактик.
«Гравитационные волны могут многое рассказать о самом начале Вселенной, в то время как вихревые потоки — о формировании её структуры», — поясняет учёный.
Поляризационную анизотропию реликтового излучения, серьёзно искажённую действием гравитационных волн и вихревых потоков материи, пытались учесть и ранее. Но, по понятным причинам, работа эта чрезвычайно сложна, и до сих пор подобные вычисления не имели должной точности. «Представьте себе некий удалённый источник, излучающий фотоны, которые поляризованы в одном из двух пресекающихся направлений, — поясняет г-н Дай. — В плоском пространстве наблюдатель будет видеть направление поляризации фотона таким же, каким оно было у источника.
Однако во Вселенной, наполненной всякого рода материей, пространство-время слегка искривлено, так что наблюдатель заметит направление поляризации, слегка отличающееся от того, что было в момент испускания фотона». Такие расчёты сложны из-за того, что исходное направление движения фотона реликтового излучения зачастую остаётся загадкой, так как источник очень далеко.
Но и тогда это направление можно оценить статистически, тем самым получив данные об объектах, влиявших на фотон на всём пути его следования.
Новый метод оценки распределения материи важен ещё и потому, что обычное гравитационное линзирование часто очень трудно выявить, особенно если линзирующий объект находится в стороне от ярких объектов на «заднем плане» (то есть более древних). Реликтовое излучение в этом смысле само по себе не слишком точный свидетель, но, используя поляризацию фотонов, из него можно выжать гораздо больше.
И, как полагает Лян Дай, его расчёты значительно точнее предшествующих, сделанных другими исследователями.
Наконец, применение такой методики не ограничено этим видом излучения. Таким образом можно анализировать поляризацию фотонов от квазаров, столь же удалённых от земного наблюдателя и на своём пути подвергшихся значительным воздействиям гравитационных волн.
В частности, это возможно, когда свет от одного квазара «раздваивается»: например, когда между ним и Землёй лежит крупное скопление галактик, то есть наблюдается сильное гравитационное линзирование. Согласно новой работе, в этом случае поляризация света двух изображений одного квазара будет слегка различающейся, поскольку на пути через пространство-время «справа» и «слева» от галактического скопления фотоны подвергнутся действию разных скоплений материи.
Наблюдая за поляризацией света от далёких источников, считает учёный, будет легче найти и следы до сих пор не зарегистрированных гравитационных волн. Традиционные методы, ищущие их по искажению пути фотона, малочувствительны, так как по мере расширения Вселенной амплитуда гравиволн падает.
Однако поляризация может дать информацию о колебаниях в физическом распределении материи по Вселенной между источником далёких фотонов и Землей. И такие динамические эффекты гравитационных волн могут быть более значительными.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters, а его препринт доступен на сайте arXiv.
По материалам Phys.Org.
Источник: compulenta.computerra.ru
