Una visualizzazione di una simulazione di supercomputer della fusione di buchi neri che inviano onde gravitazionali. Credito:NASA/C. Henze
Osservatori operativi in tutto il mondo prendono di mira regioni del cielo caratterizzate da una bassa contaminazione da radiazione galattica, cercando l'impronta delle onde gravitazionali cosmologiche (CGW) prodotte durante l'inflazione, la misteriosa fase di espansione quasi esponenziale dello spazio nell'Universo primordiale. Un nuovo studio della collaborazione POLARBEAR, guidato dalla SISSA per la parte riguardante l'interpretazione per la Cosmologia e pubblicato sul Astrophysical Journal , fornisce un nuovo algoritmo di correzione che consente ai ricercatori di quasi raddoppiare la quantità di dati affidabili acquisiti in tali osservatori, dando così accesso a un territorio inesplorato del segnale prodotto dalle CGW e avvicinandoci al Big Bang.
"Secondo l'attuale comprensione della Cosmologia, subito dopo il Big Bang l'Universo era molto piccolo, denso e caldo. In 10 -35 secondi, si è allungato di un fattore 10 30 ”, spiega Carlo Baccigalupi, coordinatore del gruppo di Astrofisica e Cosmologia della SISSA. “Questo processo, noto come Inflazione, ha prodotto le Onde Gravitazionali Cosmologiche (CGW) che possono essere rilevate attraverso la polarizzazione del Fondo Cosmico a Microonde (CMB), il residuo radiazioni del Big Bang. L'esperimento POLARBEAR, di cui la SISSA fa parte, cerca tali segnali utilizzando il telescopio Huan Tran nel deserto di Atacama, nel nord del Cile, nella regione di Antofagasta."
L'analisi dei dati acquisiti dall'Osservatorio POLARBEAR è una pipeline complessa in cui l'affidabilità delle misurazioni rappresenta un fattore chiave e delicato. "Le CGW eccitano solo una minuscola frazione del segnale di polarizzazione CMB, meglio noto come B-mode", spiegano Nicoletta Krachmalnicoff, ricercatrice della SISSA, e Davide Poletti, precedentemente presso lo stesso istituto. "Sono molto difficili da misurare, in particolare a causa della contaminazione del segnale dovuta alle emissioni del gas galattico diffuso. Questo deve essere rimosso con estrema precisione per isolare il contributo unico dei CGW".
Negli ultimi due anni, Anto. I. Lonappan, dottorato di ricerca studente della SISSA, e Satoru Takakura dell'Università di Boulder, in Colorado, hanno caratterizzato la qualità di un set di dati esteso dalla collaborazione POLARBEAR, tracciando tutte le incertezze e le sistematiche strumentali e fisiche conosciute. "Abbiamo implementato un algoritmo che assegna la precisione alle misurazioni nel 'Large Patch', una regione che si estende per circa 670 gradi quadrati nell'emisfero celeste australe, dove il nostro ecoscandaglio rivela dati in accordo con altre sonde che osservano nella stessa posizione, come come il BICEP2/Keck Array situato al Polo Sud", spiegano. Lo studio è stato ora pubblicato sull'Astrophysical Journal .
"Questa è una pietra miliare su una lunga strada verso l'osservazione dei CGW. Il nuovo approccio ci consente di sondare il cielo con una precisione senza precedenti, raddoppiando la quantità di dati affidabili e, quindi, di informazioni accessibili. Questo è un passaggio cruciale per il tutta la comunità ora che i nuovi telescopi sono in fase di preparazione per le operazioni", aggiungono gli scienziati.
Grandi sviluppi sono in arrivo dal punto di vista sperimentale. È in preparazione un sistema di tre telescopi POLARBEAR aggiornati, noto come Simons Array. L'Osservatorio Simons, un nuovo sistema di telescopi a piccola e grande apertura, finanziato dalla Fondazione Simons, sarà operativo da una località vicina, ad Atacama, con la prima luce che avverrà nel 2023. Più avanti in questo decennio, il satellite LiteBIRD volerà e un'ampia rete di osservatori a terra, le cui strutture nel deserto di Atacama e nel Polo Sud, noto come "Stadio IV", integreranno queste osservazioni.
"Tutti questi sforzi porteranno alla misurazione definitiva delle CGW, rivelando allo stesso tempo gli indizi più importanti sulle componenti cosmologiche dell'Energia Oscura e della Materia", conclude Baccigalupi. "Attraverso la missione principale della SISSA come scuola di dottorato, formare gli studenti a diventare giovani ricercatori, il nostro Istituto sta e contribuirà in modo significativo alle principali sfide contemporanee per la Fisica, come quella attuale, prendendo di mira le onde gravitazionali da una piccola frazione di un secondo dopo il Big Bang". + Esplora ulteriormente
