基于 Planck LFI 和 HFI 第 4 次数据发布对宇宙双折射的频率依赖性约束

我们给出了根据 Planck 第 4 次数据发布偏振图对宇宙双折射角频率依赖性的新约束。与电磁学耦合的 axion 场预测了一个几乎与频率无关的双折射角 $\beta_\nu = \beta$，而来自局部磁场的 Faraday 旋转和 Lorentz 破缺理论预测的宇宙双折射角正比于频率 $\nu$ 的某整数次幂，即 $\beta_\nu \propto \nu^n$。在本工作中，我们首先对来自 LFI 的 70 GHz 通道以及每个偏振 HFI 频段的 $\beta_\nu$ 进行了单独采样。我们还约束了双折射角的幂律公式 $\beta_\nu=\beta_0(\nu/\nu_0)^n$，其中 $\nu_0 = 150$ GHz。对于近全天测量，$f_{\text{sky}}=0.93$，当我们忽略偏振前景发射的内禀 $EB$ 关联时，得到 $\beta_0 = 0.26^{\circ}\pm0.11^\circ$ $(68\% \text{ C.L.})$ 且 $n=-0.45^{+0.61}_{-0.82}$；而当我们对前景 $EB$ 使用丝状尘埃模型时，得到 $\beta_0 = 0.33^\circ \pm 0.12^\circ$ 且 $n=-0.37^{+0.49}_{-0.64}$。接下来，我们使用了所有的 Planck 偏振图，包括 30 和 44 GHz 频段。这些频段来自偏振尘埃发射的前景贡献可以忽略不计。因此，我们将它们单独处理。在不对前景的内禀 $EB$ 进行任何建模的情况下，我们通常发现包含 30 和 44 GHz 频段会提高 $\beta_\nu$ 的测量值并收紧 $n$。在近全天情况下，我们测得 $\beta_0=0.29^{\circ+0.10^\circ}_{\phantom{\circ}-0.11^\circ}$ 且 $n=-0.35^{+0.48}_{-0.47}$。假设不存在频率依赖性，我们测得 $\beta=0.33^\circ \pm 0.10^\circ$。如果我们的测量已有效缓解了前景的 $EB$，则我们的约束与几乎和频率无关的宇宙双折射信号相一致。