Kosmologiske gravitationsbølger:En ny tilgang til at nå tilbage til Big Bang

Driftsobservatorier rundt om på kloden målretter mod himmelregioner, der er karakteriseret ved lav forurening fra galaktisk stråling, og leder efter aftryk af kosmologiske gravitationsbølger (CGW'er) produceret under Inflation, den mystiske fase af kvasi-eksponentiel udvidelse af rummet i det meget tidlige univers. En ny undersøgelse fra POLARBEAR-samarbejdet, ledet af SISSA for den del, der vedrører fortolkning af kosmologi og offentliggjort i Astrophysical Journal , giver en ny korrektionsalgoritme, der gør det muligt for forskere at næsten fordoble mængden af ​​pålidelige data erhvervet i sådanne observatorier, og dermed give adgang til ukendt territorium af signalet produceret fra CGW'er og bringe os tættere på Big Bang.

"Ifølge den nuværende forståelse inden for kosmologi var universet lige efter Big Bang meget lille, tæt og varmt. I 10 ^-35 sekunder, strakte den sig med en faktor på 10 ³⁰ ," Carlo Baccigalupi, koordinator for Astrophysics &Cosmology-gruppen hos SISSA, forklarer. "Denne proces, kendt som Inflation, producerede kosmologiske gravitationsbølger (CGW), der kan detekteres gennem polariseringen af ​​den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB), som er resterne stråling fra Big Bang. POLARBEAR-eksperimentet, som SISSA er en del af, leder efter sådanne signaler ved hjælp af Huan Tran-teleskopet i Atacama-ørkenen i det nordlige Chile i Antofagasta-regionen."

Analysen af ​​data indsamlet af POLARBEAR-observatoriet er en kompleks pipeline, hvor pålidelighed af målinger repræsenterer en yderst delikat og nøglefaktor. "CGW'erne exciterer kun en lille del af CMB-polarisationssignalet, bedre kendt som B-modes," forklarer Nicoletta Krachmalnicoff, forsker ved SISSA, og Davide Poletti, tidligere ved samme institut. "De er meget vanskelige at måle, især på grund af forurening af signalet på grund af emissionerne af den diffuse galaktiske gas. Dette skal fjernes med udsøgt nøjagtighed for at isolere det unikke bidrag fra CGW'er."

I løbet af de sidste to år har Anto. I. Lonappan, Ph.D. studerende ved SISSA, og Satoru Takakura fra University of Boulder, i Colorado, har karakteriseret kvaliteten af ​​et udvidet datasæt fra POLARBEAR-samarbejdet, der sporer alle de kendte instrumentelle og fysiske usikkerheder og 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." + Udforsk yderligere

Looking for signs of the Big Bang in the desert