Werkende observatoria over de hele wereld richten zich op luchtregio's die worden gekenmerkt door lage besmetting door galactische straling, op zoek naar de afdruk van kosmologische zwaartekrachtgolven (CGW's) geproduceerd tijdens inflatie, de mysterieuze fase van quasi-exponentiële expansie van de ruimte in het zeer vroege heelal. Een nieuwe studie van de POLARBEAR-samenwerking, geleid door SISSA voor het deel over de interpretatie voor Kosmologie en gepubliceerd in het Astrophysical Journal , biedt een nieuw correctie-algoritme waarmee onderzoekers de hoeveelheid betrouwbare gegevens die in dergelijke observatoria zijn verkregen bijna kunnen verdubbelen, waardoor toegang wordt verkregen tot onbekend gebied van het signaal dat wordt geproduceerd door CGW's en ons dichter bij de oerknal komt.

"Volgens de huidige inzichten in de kosmologie was het heelal vlak na de oerknal erg klein, dicht en heet. In 10 ^-35 seconden uitgerekt met een factor 10 ³⁰ Carlo Baccigalupi, coördinator van de Astrophysics &Cosmology-groep bij SISSA, legt uit. "Dit proces, bekend als inflatie, produceerde kosmologische zwaartekrachtgolven (CGW) die kunnen worden gedetecteerd door de polarisatie van de kosmische microgolfachtergrond (CMB), de overgebleven straling van de oerknal. Het POLARBEAR-experiment, waar SISSA deel van uitmaakt, zoekt naar dergelijke signalen met behulp van de Huan Tran-telescoop in de Atacama-woestijn in het noorden van Chili in de regio Antofagasta."

De analyse van gegevens die door het POLARBEAR-observatorium zijn verkregen, is een complexe pijplijn waarbij de betrouwbaarheid van metingen een zeer delicate en sleutelfactor is. "De CGW's prikkelen slechts een klein deel van het CMB-polarisatiesignaal, beter bekend als B-modes", leggen Nicoletta Krachmalnicoff, onderzoeker bij SISSA, en Davide Poletti, voorheen bij hetzelfde instituut, uit. "Ze zijn erg moeilijk te meten, vooral vanwege de vervuiling van het signaal als gevolg van de emissies van het diffuse galactische gas. Dit moet met uitstekende nauwkeurigheid worden verwijderd om de unieke bijdrage van CGW's te isoleren."

De afgelopen twee jaar heeft Anto. I. Lonappan, Ph.D. student aan SISSA, en Satoru Takakura van de Universiteit van Boulder, in Colorado, hebben de kwaliteit van een uitgebreide dataset van de POLARBEAR-samenwerking gekarakteriseerd, waarbij alle bekende instrumentele en fysieke onzekerheden en systematiek zijn opgespoord. "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." + Verder verkennen

Looking for signs of the Big Bang in the desert