POLARBEAR: mappato il B-mode di polarizzazione nella CMB

Pubblicato Giovedì, 23 Ottobre 2014 05:54

Scritto da Elisabetta Bonora

Credit: POLARBEAR

A distanza di pochi mesi si torna a parlare della polarizzazione del fondo cosmico a microonde.
Dopo i deludenti risultati di BICEP2 pesantemente ridimensionati da Panck, un nuovo report è stato pubblicato il 20 ottobre sulla rivista Astrophysical Journal, basato sui risultati del telescopio POLARBEAR, nel deserto di Atacama in Cile, progettato per catturare la luce più antica dell'Universo.

POLARBEAR ha mappato con successo il segnale "B-mode" di polarizzazione nella radiazione cosmica di fondo, prodotta dal lensing gravitazionale. Un risultato che permetterà di studiare la struttura su grande scala dell'universo, determinare le masse dei neutrini e magari scoprire alcuni dei misteri legati alla materia e all'energia oscura.

"E' un traguardo molto importante", ha detto Kam Arnold, che ha lavorato sullo strumento per un decennio ed è autore del documento. "Siamo in un nuovo regime di precisione cosmologica".

A MEASUREMENT OF THE COSMIC MICROWAVE BACKGROUND B-MODE POLARIZATION POWER SPECTRUM AT SUB-DEGREE SCALES WITH POLARBEAR [abstract]

We report a measurement of the B-mode polarization power spectrum in the cosmic microwave background (CMB) using the POLARBEAR experiment in Chile. The faint B-mode polarization signature carries information about the universe's entire history of gravitational structure formation, and the cosmic inflation that may have occurred in the very early universe. Our measurement covers the angular multipole range 500 < ℓ < 2100 and is based on observations of an effective sky area of 25  with 3.'5 resolution at 150 GHz. On these angular scales, gravitational lensing of the CMB by intervening structure in the universe is expected to be the dominant source of B-mode polarization. Including both systematic and statistical uncertainties, the hypothesis of no B-mode polarization power from gravitational lensing is rejected at 97.2% confidence. The band powers are consistent with the standard cosmological model. Fitting a single lensing amplitude parameter A_BB to the measured band powers, , where A_BB = 1 is the fiducial WMAP-9 ΛCDM value. In this expression, "stat" refers to the statistical uncertainty, "sys" to the systematic uncertainty associated with possible biases from the instrument and astrophysical foregrounds, and "multi" to the calibration uncertainties that have a multiplicative effect on the measured amplitude A_BB .

Questo risultato, come viene sottolineato nel report pubblicato sul sito dell’Università di Berkeley, era stato presentato una settimana prima del "grande annuncio" da parte del team BICEP2, passando perciò in secondo piano.

Radiazione cosmica di fondo, polarizzazione B-mode, lensing gravitazionale, onde gravitazionali primordiali... proviamo a semplificare.

Nel 1964, due astronomi statunitensi, scoprirono che l'intero cielo osservabile è permeato da un debole bagliore, una radiazione residua polarizzata proveniente dalle fasi iniziali della nascita dell'Universo, chiamata radiazione cosmica di fondo (Cosmic Microwave Background o CMB).

Questa luce che vediamo oggi, si è liberata dal caldo e denso universo primordiale circa 380.000 anni dopo il Big Bang, quando con l'espansione, il plasma energetico iniziò a raffreddarsi e a dilatarsi. Ma subito dopo il Big Bang, la luce era intrappolata, rimbalzando all'infinito da una particella all'altra.

I fotoni della CMB conservano ancora oggi le informazioni circa la loro ultima interazione con la materia. Queste si manifestano come una polarizzazione della radiazione cosmica di fondo, chiamata E-mode.

Ma c'è un altro tipo di polarizzazione nella CMB, il più importante, chiamato B-mode, che a sua volta si distingue in due "modi".

Il primo è chiamato polarizzazione primordiale B ed è la conseguenza di enormi onde gravitazionali, increspature nel tessuto dello spazio-tempo, provenienti da un periodo estremamente precoce nella vita dell'Universo, conosciuto come l'Inflazione (l'improvvisa espansione accelerata che, circa 0,000000000000000000000000000000000001 secondi dopo il Big Bang, avrebbe spinto l'Universo a diventare mille quadrilioni di quadrilioni di quadrilioni di quadrilioni di quadrilioni di volte più grande di quanto non fosse in precedenza). E questo è il B-mode, ossia le impronte delle onde gravitazionali primordiali, che credeva di aver visto BICEP2.

Il secondo, B-mode, è il risultato dall'influenza gravitazionale delle stelle, delle galassie e di oggetti massicci attraverso i quali la luce ha viaggiato (lensing gravitazionale), generato principalemente dalla distorsione della polarizzazione primordiale che ha viaggiato fino a noi.

Il team di ricerca di POLARBEAR, guidato dal fisico Adrian Lee della UC Berkeley, ha eseguito una misura diretta proprio di questo segnale "B-mode" meno primordiale, generato dal lensing gravitazionale, tramite strumenti molto sensibili collegati al telescopio, chiamati bolometri, che hanno registrato la direzione del campo elettrico della luce in più punti nel cielo.

Tuttavia, mentre BICEP2 è progettato per lavorare solo su grandi scale angolari e ricercare il segnale inflazionato, POLARBEAR è progettato per mappare la polarizzazione sia su piccola che grande scala angolare. La squadra, perciò, non esclude di indagare anche la polarizzazione primordiale B, forte del fatto di riuscire a pulire il segnale inflazionato dalla semplice B-mode, più agevolmente di quanto non abbia potuto fare il team BICEP2.

Fonte:
- http://newscenter.berkeley.edu/2014/10/21/polarbear-seeks-cosmic-answers-in-microwave-polarization/
- http://phys.org/news/2014-10-polarbear-universe-oldest.html
- http://www.media.inaf.it/2014/10/21/polarbear-modi-b/

Note sull'autore

Author: Elisabetta BonoraEmail: Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. E' necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Sono appassionata di astronomia, spazio, fisica e di tutte le scienze in genere. Aspirante reporter scientifica, ho creato questo blog ad agosto 2012, in occasione dello sbarco del rover della NASA Curiosity su Marte, per condividere in modo semplice e puntuale le notizie più interessanti, pensieri e considerazioni. Per lavoro mi occupo di web e video analytics presso ShinyStat (SV – Italia) e per hobby, da diversi anni, mi dedico ad elaborare le fotografie rilasciate dalle Agenzie Spaziali Internazionali, scattate dalle sonde e dai rover inviati nel nostro Sistema Solare "per esplorare nuovi mondi, alla ricerca di nuove forme di vita, per arrivare là dove nessuno è mai giunto prima!" ...Ovviamente, è chiaro, sono una fan di Star Trek!