En visualisering av en superdatorsimulering av sammanslagna svarta hål som skickar ut gravitationsvågor. Kredit:NASA/C. Henze
Operativa observatorier runt om i världen riktar sig mot himmelsregioner som kännetecknas av låg kontaminering från galaktisk strålning, och letar efter avtrycket av kosmologiska gravitationsvågor (CGWs) producerade under inflationen, den mystiska fasen av kvasi-exponentiell expansion av rymden i det mycket tidiga universum. En ny studie av POLARBEAR-samarbetet, ledd av SISSA för delen som rör tolkningen för kosmologi och publicerad i Astrophysical Journal , tillhandahåller en ny korrigeringsalgoritm som tillåter forskare att nästan fördubbla mängden tillförlitlig data som förvärvats i sådana observatorier, vilket ger tillgång till okänt territorium för signalen som produceras från CGW och för oss närmare Big Bang.
"Enligt nuvarande uppfattning inom kosmologi var universum strax efter Big Bang mycket litet, tätt och varmt. Under 10 -35 sekunder sträcktes den med en faktor på 10 30 ," Carlo Baccigalupi, koordinator för Astrophysics &Cosmology-gruppen vid SISSA, förklarar. "Denna process, känd som Inflation, producerade kosmologiska gravitationsvågor (CGW) som kan detekteras genom polariseringen av den kosmiska mikrovågsbakgrunden (CMB), den överblivna strålning från Big Bang. POLARBEAR-experimentet, som SISSA är en del av, letar efter sådana signaler med hjälp av Huan Tran-teleskopet i Atacamaöknen i norra Chile i Antofagasta-regionen."
Analysen av data som samlats in av POLARBEAR-observatoriet är en komplex pipeline där tillförlitligheten av mätningar är en mycket känslig och nyckelfaktor. "CGWs exciterar bara en liten bråkdel av CMB-polarisationssignalen, mer känd som B-modes," förklarar Nicoletta Krachmalnicoff, forskare vid SISSA, och Davide Poletti, tidigare vid samma institut. "De är mycket svåra att mäta, särskilt på grund av föroreningen av signalen på grund av utsläppen av den diffusa galaktiska gasen. Detta måste avlägsnas med utsökt noggrannhet för att isolera det unika bidraget från CGW."
Under de senaste två åren har Anto. I. Lonappan, Ph.D. student vid SISSA, och Satoru Takakura från University of Boulder, i Colorado, har karakteriserat kvaliteten på en utökad datauppsättning från POLARBEAR-samarbetet och spårat alla kända instrumentella och fysiska osäkerheter och systematik. "We have implemented an algorithm that assigns accuracy to the measurements in the 'Large Patch', a region extending for about 670 squared degrees in the Southern Celestial Hemisphere, where our sounder reveals data in agreement with other probes looking in the same location, such as the BICEP2/Keck Array located in the South Pole," they explain. The study has now been published in the Astrophysical Journal .
"This is a milestone on a long road heading to the observation of CGWs. The new approach allows us to probe the sky with unprecedent accuracy, doubling the amount of reliable data and, thus, of accessible information. This is a crucial step for the whole community now that new telescopes are being prepared for operations," the scientists add.
Great developments are on their way from the experimental point of view. A system of three upgraded POLARBEAR Telescopes, known as the Simons Array, is in preparation. The Simons Observatory, a new system of Small and Large Aperture Telescopes, funded by the Simons Foundation, will be operational from a nearby location, in Atacama, with first light happening in 2023. Later in this decade, the LiteBIRD satellite will fly, and an extended network of ground-based observatories, which facilities in the Atacama Desert and the South Pole, known as "Stage IV", will complement these observations.
"All these efforts will lead to the ultimate measurement of CGWs, revealing at the same time most important clues about the Dark Energy and Matter cosmological components," Baccigalupi concludes. "Through the main mission of SISSA as a Ph.D. school, training students to become young researchers, our Institute is and will be contributing significantly to the main contemporary challenges for Physics, as the present one, targeting Gravitational Waves from a tiny fraction of a second after the Big Bang." + Utforska vidare
