夜空的背景裡，隱藏著一個天大的秘密

2020-12-04 星空天文

暗物質在宇宙微波背景中的特殊印記。

宇宙微波背景。ESA

宇宙微波背景輻射是宇宙大爆炸留下的餘暉。它來自130多億年以前，在它身上，印刻著許多與宇宙歷史和演化有關的秘密。

科學家通常會通過觀察宇宙微波背景輻射的偏振特性來探索這些秘密。

光是一種波，光波的震蕩會有不同的方向。通常這種方向是雜亂的，但當光通過某些物質後，光波的震蕩方向會變得趨於一致。這就是光的偏振。

宇宙微波背景輻射在穿越了宇宙中的熾熱氣體之後到達我們的眼中，這時它的偏振會呈現出一種特定的模式。假如宇宙空間中存在暗物質和暗能量，那麼宇宙微波背景輻射的偏振就會發生另外一種變化。如果我們能夠感知這種變化，我們就能知道暗物質和暗能量是否存在。

但是想要發現這些特殊的偏振光子相當困難。一方面因為這些變化的幅度非常小，另一方面也因為我們其實不知道這些變化究竟意味著什麼。

不過近年科學家有了一些進展。他們用一種新的方式，分析了普朗克衛星提供的宇宙微波背景數據。這種新的方式能夠探測到宇宙微波背景輻射偏振中的一種微弱變化，這種變化被稱為宇宙雙折射。

宇宙雙折射的存在，表明這些光子穿越的對象缺乏一種名叫「宇稱」的對稱性。具有「宇稱」性的物質與其鏡像擁有相同的行為方式。常規物質在與宇宙微波背景輻射相互影響的過程中具有對稱性，因此它不會引起宇宙雙折射。但暗物質可能並非如此。宇宙雙折射可以被視為是暗物質產生的一種效應，而隱藏在這種效應背後的，是某種未知的新物理現象。

目前科學家還不能確定這種效應是否能夠成為揭示暗物質真相的一條線索，因為宇宙的暴漲期，也會在宇宙微波背景輻射中留下類似的印記。但是至少我們可以記錄這些印記，以待將來有一天能夠理解它。

參考
New Extraction of the Cosmic Birefringence from the Planck 2018 Polarization Data
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.221301

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