Co to jest polaryzacja światła w astronomii?
Polaryzacja światła to właściwość promieniowania elektromagnetycznego opisująca kierunek drgań wektora pola elektrycznego. Światło niepolaryzowane ma fale drgające we wszystkich kierunkach równomiernie. Światło liniowo spolaryzowane drgaje w jednym kierunku. Światło kołowo spolaryzowane ma obracający sie wektor pola elektrycznego. W astronomii polaryzacja jest potężnym narzędziem diagnostycznym ujawniającym naturę źródła i ośrodka, przez który przeszło promieniowanie.
Mechanizmy polaryzacji w astronomii: (1) Dichroizm pyłu kosmicznego – niekuliste ziarna pyłu wyrównane przez pole magnetyczne ISM pochłaniają i rozpraszają silniej światło w jednym kierunku, polaryzując przebyte przez pył gwiazdowe światło. Stopień i kąt polaryzacji gwiazd mapy pole magnetyczne galaktyki (projekcja na płaszczyznę nieba). Misja Planck zmierzyła polaryzację emisji pyłu w dalekiej podczerwieni (350 mikrometrów) mapując pole magnetyczne galaktyczne z bezprecedensową szczegółowością. (2) Promieniowanie synchrotronowe – elektrony relatywistyczne spiralując w polu magnetycznym emitują silnie liniowo spolaryzowane promieniowanie radiowe. Pomiar kąta polaryzacji radia pozwala wyznaczyć kierunek pola magnetycznego w dżetach i płatach galaktyk radiowych (Cygnus A, M87). (3) Rozpraszanie (scattering): światło gwiazdy rozproszone na cząstkach mgławicy staje sie polaryzowane prostopadle do kierunku do gwiazdy – obserwowane w mgławicach refleksyjnych (np. Plejady). (4) Efekt koronograficzny – obserwacje korony słonecznej pokazują polaryzację przez rozproszenie Thomsona na elektronach plazmy koronalnej. (5) Efekt Faradaya (rotacja Faradaya): podczas przejścia przez plazmę z polem magnetycznym spolaryzowane promieniowanie radiowe ma obracający sie kąt polaryzacji o kąt proporcjonalny do RM (Rotation Measure = integral B_parallel x n_e dl). Pomiary RM tysięcy źródeł radiowych (katalog Taylor et al.) mapują galaktyczne pole magnetyczne.
BICEP/Keck i Planck badają polaryzację CMB: mody E (wzorzec bezkurlowy) i mody B (z kurlem). Mody B-polaryzacji CMB sa sygneturą pierwotnych fal grawitacyjnych z inflacji kosmologicznej – ich wykrycie byłoby przełomowym potwierdzeniem inflacji. BICEP2 (2014) ogłosił wykrycie modów B, lecz okazało sie, że sygnał pochodzi od pyłu Drogi Mlecznej (potwierdzone przez wspólną analizę BICEP2+Keck+Planck 2015). Misja LiteBIRD (JAXA, launch ok. 2028) ma mierzyć polaryzację CMB z precyzją potrzebną do wykrycia inflacyjnych modów B. Polaryzacja wiatru słonecznego i pyłu w ISM badana jest przez misję IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe, NASA, 2025).