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Ultimate modelling of Radio foregrounds: a key ingredient for cosmology

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Rivelazioni provenienti dalla più grande accelerazione di particelle nell’universo

Gli scienziati hanno caratterizzato i componenti fondamentali che celano la radiazione primordiale generata durante il Big Bang. I risultati aiuteranno a svelare i processi che si sono verificati in quei primi istanti con un’energia mille miliardi di volte superiore a quella possibile con i più sofisticati acceleratori di particelle oggi disponibili.

Spazio

Secondo la nostra attuale comprensione, l’Universo è stato creato 13,8 miliardi di anni fa, quasi istantaneamente, in un evento che adesso chiamiamo il Big Bang. Si è verificata una «singolarità» infinitesimalmente piccola, infinitamente calda e densa, che si è espansa e raffreddata molto rapidamente, in molto meno di una frazione di secondo. Comprendere cosa è successo durante quella rapida inflazione fornirà una finestra sui processi fisici e le scale di energia (magnitudini) che sono rilevanti per numerosi settori della ricerca scientifica. Tuttavia, le tracce che il Big Bang si è lasciato dietro sono nascoste in un «rumore» generato dal nostro Universo nel corso di miliardi di anni. Un consorzio finanziato dall’UE al lavoro sul progetto RADIOFOREGROUNDS intendeva caratterizzare un componente importante di questo rumore. Fare questo consentirebbe agli scienziati di eliminarlo dalle osservazioni, rivelando così i resti del Big Bang e la nascita del nostro Universo. Primo piano contro sfondo Secondo il coordinatore del progetto José Alberto Rubiño-Martin, il Big Bang ha fornito «…i semi primordiali per la formazione di tutte le strutture che vediamo oggi nell’universo … La radiazione di fondo (CMB, Cosmic Microwave Background) è l’antica luce che era presente nell’universo nascente e che possiamo ora rilevare in microonde». Gli scienziati sono particolarmente interessati a una lieve torsione nell’orientamento della luce associata con la CMB, nota come modo-B della polarizzazione. Questo segnale del modo-B della polarizzazione è molto piccolo e nascosto dalla radiazione in primo piano emessa dalla nostra stessa galassia e da sorgenti intergalattiche. Rubiño-Martin spiega, «Un rilevamento di questa firma del modo-B primordiale aprirebbe una nuova finestra nella fisica fondamentale, su scale di energia ben al di là del Modello standard della fisica delle particelle, …12 ordini di grandezza (1 000 000 000 000 volte) più grande di quelli che si possono ottenere con il Large Hadron Collider al CERN. Solo usando l’universo come nostro acceleratore di particelle è per noi possibile avvicinarci a quelle scale di energia». Ottenere i dettagli Due processi fisici che producono un’emissione di microonde nella nostra galassia, l’emissione di sincrotrone e l’emissione anomala a microonde (AME), sono dei fattori chiave. In entrambi, il campo magnetico galattico svolge un ruolo rilevante. Tuttavia, la polarizzazione dell’emissione di sincrotrone non era ben caratterizzata, e non si sapeva se la AME era polarizzata o no. La AME raggiunge il picco a circa 20 GHz, mentre il sincrotrone domina a frequenze inferiori a 30 GHz. Il team ha messo insieme dati provenienti dall'esperimento QUIJOTE CMB nel cielo boreale, a IAC (10-20 GHz) con nove mappe di tutto il cielo provenienti dal satellite Planck dell’Agenzia spaziale europea (30-857 GHz). Mediante un lavoro all’avanguardia, gli scienziati hanno prodotto quattro mappe legacy di ultima generazione dell’emissione del cielo boreale a 11, 13, 17 e 19 GHz. In questo modo, come spiega Rubiño-Martin, «abbiamo fornito una descrizione dettagliata delle proprietà di polarizzazione dell’emissione di sincrotrone. Si è scoperto che il sincrotrone polarizzato è più complesso di quanto ci si aspettasse all’inizio. … Inoltre, con QUIJOTE abbiamo stabilito il più rigoroso limite superiore a oggi della frazione di polarizzazione della AME, che si giudica essere quasi trascurabile». Si prevede che questi risultati abbiano un enorme impatto sulla comunità CMB e sulla nostra capacità di studiare il periodo dell’inflazione. Gli scienziati di RADIOFOREGROUNDS stanno condividendo i loro sviluppi con strumenti software open-source, mappe e modelli del primo piano pubblicamente disponibili.

Parole chiave

RADIOFOREGROUNDS, energia, universo, Big Bang, radiazione di fondo, primordiale, emissione anomala di microonde, emissione di sincrotrone, campo magnetico galattico, inflazione, radiazione

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