宇宙の左右対称性を探る手がかり~宇宙複屈折の観測における不定性の軽減手法を発見~

2026-01-28 東京大学

東京大学大学院理学系研究科の直川史寛大学院生と、同大学カブリ数物連携宇宙研究機構(Kavli IPMU)の並河俊弥特任准教授らは、宇宙複屈折の観測に伴う位相不定性を大きく軽減する新たな理論手法を発見した。宇宙複屈折とは、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)の偏光方向が宇宙史の中で回転する現象で、宇宙の左右対称性を破る未知の物理やアクシオンなどの新粒子の存在を示唆する重要な観測量である。従来、複屈折角の測定には180度の位相不定性が存在し、観測値の解釈が無限に分岐するという問題が十分に検討されていなかった。本研究では、この不定性を初めて定量的に評価し、EB相関の詳細な形状を解析することで、偏光回転の回数に関する情報を抽出できることを示した。提案手法は、LiteBIRDやサイモンズ天文台など将来観測データの解析において、宇宙複屈折の起源解明を大きく前進させると期待される。

宇宙の左右対称性を探る手がかり~宇宙複屈折の観測における不定性の軽減手法を発見~
宇宙複屈折の回転角を測定する際に生じる180度の位相不定性についての概念図(Credit: Naokawa, Namikawa, higgstan.com)

<関連情報>

⁢宇宙複屈折の位相の曖昧さ ⁢ Phase Ambiguity of Cosmic Birefringence

Fumihiro Naokawa, Toshiya Namikawa, Kai Murai, Ippei Obata, and Kohei Kamada
Physical Review Letters  Published: 27 January, 2026
DOI: https://doi.org/10.1103/6z1m-r1j5

Abstract

We point out that the rotation angle of cosmic birefringence, which is a recently reported parity-violating signal in the cosmic microwave background (CMB), has a phase ambiguity of ⁢⁢( ∈ℤ). This ambiguity has a significant impact on the interpretation of the origin of cosmic birefringence. Assuming an axionlike particle (ALP) as the origin of cosmic birefringence, this ambiguity can be partly broken by the anisotropic cosmic birefringence and the shape of the CMB angular power spectra. We forecast constraints on from ongoing and upcoming experiments and find that most nonzero values of can be excluded using the cross-power spectrum between and modes. We also find that measuring the reionization bump in the -mode auto-power spectrum can give further constraints, provided that the optical depth is determined independently of the CMB. The change in the low- -mode power spectrum may also provide a potential solution to the tension in suggested by the latest CMB and baryon acoustic oscillation measurements.

1701物理及び化学
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