B-모드 편광

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B-모드 편광(B-mode polarization)은 우주 마이크로파 배경(CMB)에서 나타나는 편광 신호의 한 종류입니다. CMB는 빅뱅 이후 약 38만 년 후 우주가 충분히 냉각되어 전자가 양성자와 결합하여 중성 수소 원자를 형성하면서 방출된 빛으로, 우주 초기 상태에 대한 중요한 정보를 담고 있습니다.

CMB 편광 패턴은 E-모드와 B-모드 두 가지 성분으로 나눌 수 있습니다.

• E-모드 편광: 밀도 섭동에 의해 주로 생성되며, 온도 변화와 상관관계가 있어 상대적으로 강한 신호를 보입니다.
• B-모드 편광: E-모드보다 훨씬 약한 신호로, 주로 다음 두 가지 원인에 의해 생성됩니다.
• 원시 중력파: 급팽창(Inflation) 이론에 따르면, 빅뱅 직후 매우 짧은 시간 동안 우주가 급격하게 팽창하면서 원시 중력파가 발생합니다. 이 원시 중력파가 CMB에 B-모드 편광 패턴을 만들 수 있습니다. 따라서 B-모드 편광 관측은 급팽창 이론의 강력한 증거가 될 수 있습니다.
• 중력 렌즈 효과: CMB 빛이 지구로 오는 동안 은하와 같은 거대 질량 구조에 의해 경로가 휘어지면서(중력 렌즈 효과) E-모드 편광의 일부가 B-모드 편광으로 전환될 수 있습니다.

B-모드 편광, 특히 원시 중력파에 의한 B-모드 편광은 매우 미약하여 관측하기 어렵습니다. 하지만 성공적으로 관측한다면, 급팽창 이론을 검증하고 초기 우주에 대한 이해를 넓힐 수 있는 중요한 단서를 제공할 수 있습니다.

BICEP2, POLARBEAR, Simons Array와 같은 여러 실험이 B-모드 편광을 관측하기 위해 노력하고 있습니다. 2014년 BICEP2 실험에서 B-모드 편광 신호를 발견했다고 발표했지만, 이후 추가 분석 결과 이 신호가 우리 은하 내 먼지에 의한 것일 가능성이 제기되면서 논란이 있었습니다. B-모드 편광 탐색은 현재진행형이며, 향후 더 정밀한 관측을 통해 원시 중력파의 존재를 밝혀낼 수 있을 것으로 기대됩니다.