Los observatorios operativos de todo el mundo tienen como objetivo las regiones del cielo caracterizadas por una baja contaminación de la radiación galáctica, en busca de la huella de las ondas gravitacionales cosmológicas (CGW) producidas durante la inflación, la fase misteriosa de la expansión casi exponencial del espacio en el Universo muy primitivo.
Un nuevo estudio de la colaboración POLARBEAR, liderado por SISSA en la parte de interpretación para Cosmología y publicado en Astrophysical Journal, proporciona un nuevo algoritmo de corrección que permite a los investigadores casi duplicar la cantidad de datos fiables adquiridos en dichos observatorios, dando así acceso al territorio desconocido de la señal producida por los CGW y acercándonos al Big Bang.
“Según la comprensión actual de la cosmología, justo después del Big Bang, el Universo era muy pequeño, denso y caliente. En 10-35 segundos, se estiró por un factor de 1030”, Carlo Baccigalupi, coordinador del grupo de Astrofísica y Cosmología de la SISSA, explica. “Este proceso, conocido como inflación, produjo ondas gravitacionales cosmológicas (CGW) que se pueden detectar a través de la polarización del fondo cósmico de microondas (CMB), la radiación sobrante del Big Bang.
El experimento POLARBEAR, del que forma parte SISSA, busca para tales señales usando el Telescopio Huan Tran en el Desierto de Atacama del norte de Chile en la Región de Antofagasta”.
El análisis de los datos adquiridos por el Observatorio POLARBEAR es un proceso complejo en el que la fiabilidad de las mediciones representa un factor clave y muy delicado. “Los CGW excitan solo una pequeña fracción de la señal de polarización CMB, más conocida como modos B”, explican Nicoletta Krachmalnicoff, investigadora de SISSA, y Davide Poletti, anteriormente en el mismo instituto. “Son muy difíciles de medir, en particular debido a la contaminación de la señal debido a las emisiones del gas galáctico difuso. Esto debe eliminarse con una precisión exquisita para aislar la contribución única de los CGW”.
En los últimos dos años, Anto. I. Lonappan, Ph.D. estudiante de SISSA, y Satoru Takakura de la Universidad de Boulder, en Colorado, han estado caracterizando la calidad de un conjunto de datos extendido de la colaboración POLARBEAR, rastreando todas las incertidumbres y sistemáticas instrumentales y físicas conocidas. “Hemos implementado un algoritmo que asigna precisión a las mediciones en el ‘parche grande’, una región que se extiende unos 670 grados cuadrados en el hemisferio sur celeste, donde nuestra sonda revela datos de acuerdo con otras sondas que buscan en la misma ubicación, como como el BICEP2/Keck Array ubicado en el Polo Sur”, explican. El estudio ahora ha sido publicado en el Astrophysical Journal.
“Este es un hito en un largo camino hacia la observación de CGW. El nuevo enfoque nos permite sondear el cielo con una precisión sin precedentes, duplicando la cantidad de datos confiables y, por lo tanto, de información accesible. Este es un paso crucial para el toda la comunidad ahora que se están preparando nuevos telescopios para operar”, añaden los científicos.
Grandes desarrollos están en camino desde el punto de vista experimental. Se está preparando un sistema de tres telescopios POLARBEAR mejorados, conocido como Simons Array. El Observatorio Simons, un nuevo sistema de telescopios de pequeña y gran apertura, financiado por la Fundación Simons, estará operativo desde un lugar cercano, en Atacama, y la primera luz se producirá en 2023. Más adelante en esta década, volará el satélite LiteBIRD y una red extendida de observatorios terrestres, cuyas instalaciones en el desierto de Atacama y el Polo Sur, conocida como “Etapa IV”, complementará estas observaciones.
“Todos estos esfuerzos conducirán a la medición definitiva de las CGW, revelando al mismo tiempo las pistas más importantes sobre los componentes cosmológicos de la Energía Oscura y la Materia”, concluye Baccigalupi. “A través de la misión principal del SISSA como escuela de doctorado, formar estudiantes para que se conviertan en jóvenes investigadores, nuestro Instituto está y estará contribuyendo significativamente a los principales desafíos contemporáneos de la Física, como el actual, enfocándose en las Ondas Gravitacionales desde una pequeña fracción de un segundo después del Big Bang”.
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