CMB偏振作为约束宇宙光学性质的工具

我们提出一种新颖的形式体系，用于在宇宙学背景下描述传播辐射的偏振态之间的真空中转换，即广义法拉第效应（GFE）。将GFE视为新的、破坏各向同性和/或宇称的物理的潜在示踪物，我们将该形式体系应用于宇宙微波背景（CMB）偏振各向异性功率谱，提供了一个简便的框架以轻松计算其观测修正。在此过程中，我们重新解释了先前已知的结果，即CMB光子的线偏振面的真空中旋转（或宇宙双折射），同时指出GFE可能导致线偏振向圆偏振的部分转换。我们注意到GFE可被视为光在各向异性和/或手性介质（一种“暗晶体”）中传播所产生的效应，并将其参数重铸为有效的“宇宙极化率张量”的分量。对于与波数无关的极化率张量，这使我们能够对GFE诱导的CMB圆偏振功率谱（或$VV$）设定观测界限：$C_{\ell}^{VV} < 2 \times 10^{-5} \mu K^2$（95%置信水平），在其峰值$\ell\simeq 370$处，这比当前可用的直接$VV$测量好约3个数量级。我们认为，除非直接$V$模测量出现巨大技术改进，否则本十年内预期的宇宙方差极限线偏振巡天应作为副产品提供对GFE诱导的CMB圆偏振的更优界限。