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 misteriosa fase de expansión cuasi-exponencial del espacio en el Universo muy primitivo. Un nuevo estudio de la colaboración POLARBEAR, liderado por SISSA para la parte relativa a la interpretación para Cosmología y publicado en el Astrophysical Journal , proporciona un nuevo algoritmo de corrección que permite a los investigadores casi duplicar la cantidad de datos confiables adquiridos en tales observatorios, dando así acceso a un 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 10 ³⁰ ", explica Carlo Baccigalupi, coordinador del grupo de Astrofísica y Cosmología de SISSA. "Este proceso, conocido como Inflación, produjo Ondas Cosmológicas Gravitatorias (CGW) que se pueden detectar a través de la polarización del Fondo Cósmico de Microondas (CMB), el remanente radiación del Big Bang. El experimento POLARBEAR, del que forma parte SISSA, busca este tipo de señales utilizando el Telescopio Huan Tran en el Desierto de Atacama, en el 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. "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." + Explora más

Looking for signs of the Big Bang in the desert