¿Qué significan los segmentos de línea en el mapa de polarización en modo B del BICEP2?

La confusión probablemente proviene del hecho de que los campos E y los modos E son completamente diferentes (pero son etimológicamente similares).

Un fotón lleva una polarización intrínseca. En la E&M clásica, pensamos en una sola onda de luz como una oscilación de campos eléctricos y magnéticos. En el vacío, las cosas son bonitas y simples, y la dirección de propagación, el campo eléctrico$\vec{E}$, y el campo magnético$\vec{B}$son mutuamente ortogonales. Ver la animación de Wikipedia :

La convención es decir que el vector de polarización de la onda apunta en la misma dirección que$\vec{E}$. Las barras en el mapa que muestras son paralelas a$\vec{E}$- muestran la dirección de la polarización. Aparte, tenga en cuenta que no son flechas, ya que no hay distinción física entre, por ejemplo, polarización "arriba" y "abajo"; el campo E oscila de un lado a otro.

Ahora, cuando miramos un parche del CMB, estamos reuniendo muchos fotones. Uno podría esperar que sus polarizaciones fueran aleatorias y, por lo tanto, se cancelaran en conjunto, pero esto no sucede del todo. Así como hay fluctuaciones de temperatura (algunas regiones del cielo tienen fotones CMB de energía ligeramente más alta que otras), hay fluctuaciones de polarización. Las teorías del universo primitivo generalmente dan predicciones de las fluctuaciones tanto en la temperatura como en la polarización (y varias otras estadísticas).

Helmholtz nos dice que podemos tomar mapas como el que tiene y descomponerlo en la suma de las partes sin rotaciones y las partes sin divergencias. Las partes libres de rotaciones se denominan "modos E" por analogía con la E&M clásica (de nuevo, pero esta vez no tiene nada que ver con los fotones), donde los campos eléctricos no tienen rotaciones (al menos si nada varía en el tiempo). De manera similar, las partes sin divergencia se denominan "modos B" porque el campo magnético en la E&M clásica no tiene divergencia (es decir, no tiene monopolos).

Una predicción importante de los modelos inflacionarios estándar del universo temprano es que la mayoría de las fluctuaciones (por ejemplo, la densidad de la materia) no causan fluctuaciones de polarización en modo B (pero pueden causar fluctuaciones de polarización en modo E). Las ondas gravitatorias primordiales, por otro lado, inducen ambos modos de polarización. Por lo tanto, si observa la polarización CMB y ve modos B, tiene soporte para modelos inflacionarios que incorporan ondas gravitacionales. Puede inferir propiedades del universo primitivo dentro de algún modelo observando qué tan fuertes son esos componentes de modo B.

Entonces, ¿qué muestran los segmentos de línea? Representan la dirección (signo módulo a) del campo eléctrico en ese punto del CMB. La longitud de la línea, por cierto, muestra qué tan fuerte es la polarización. Es decir, no es como si los fotones estuvieran 100% alineados con la misma polarización; más bien, la polarización promedio se desvía estadísticamente de 0. La longitud representa la magnitud de esta desviación.

Para ser un poco más precisos, los segmentos de línea representan el resultado después de restar la señal del modo E, dejando solo los modos B. Los colores muestran el rotacional del campo vectorial (bueno, vectores módulo que$180^\circ$simetría mencionada anteriormente). Técnicamente, el rizo es otro campo vectorial, pero dado que solo estamos mirando una superficie 2D, imagino que los colores se eligen para representar la magnitud del componente radial (en el plano/fuera del plano) del rizo. Las regiones son rojas si los segmentos de línea se mueven más o menos en espiral en el sentido de las agujas del reloj a medida que se mueve desde el exterior hacia el interior de la región en cuestión, mientras que el azul indica una espiral en el sentido contrario a las agujas del reloj. Los colores son más intensos donde este efecto es más fuerte, es decir, las líneas forman una espiral más coherente.