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Beyond Planck -- delivering state-of-the-art observations of the microwave sky from 30 to 70 GHz for the next decade

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Un nuovo modo di analizzare le osservazioni del satellite Planck

Il progetto BeyondPlanck, finanziato dall’UE, sta adottando un approccio iterativo per rilevare le onde gravitazionali primordiali create nel corso del Big Bang.

Spazio

Uno dei più grandi risultati conseguiti dalla fisica moderna è la realizzazione della cosmologia ad alta precisione, ovvero la scienza che studia l’origine e lo sviluppo dell’universo. Utilizzando il calore residuo del Big Bang, noto come radiazione cosmica di fondo (CMB, cosmic microwave background), i cosmologi hanno determinato parametri cosmologici di grande rilevanza, come l’età e il contenuto energetico dell’universo, con una precisione pari al 100 %. Un grande traguardo nella cosmologia ad alta precisione è stato il riuscito completamento della missione Planck dell’Agenzia spaziale europea (ESA), concepita per individuare le firme delle onde di densità create durante il Big Bang. In confronto a satelliti precedenti, Planck ha beneficiato di un livello di sensibilità molto più elevato, tanto da non aver subito limitazioni causate dal rumore strumentale. Ciononostante, questa alta sensibilità ha creato nuovi problemi, tra cui interferenze originate dalla sistematica strumentale e confusione dovuta alle emissioni astrofisiche di foreground della Via Lattea. Secondo le previsioni attuali, le missioni satellitari future saranno almeno 10 volte più sensibili rispetto a Planck, una prospettiva che richiede di sviluppare nuovi metodi per superare queste sfide. Per contribuire a risolvere tale problema, il progetto BeyondPlanck sta elaborando un modo completamente nuovo di analizzare congiuntamente le osservazioni di Planck. «Invece di analizzare i set di dati cosmologici, astrofisici e strumentali in modo lineare, il progetto BeyondPlanck sta impiegando un approccio iterativo», afferma Hans Kristian Eriksen, coordinatore del progetto. «Tale soluzione consente di analizzare i foreground, che possono successivamente essere ritrasmessi nel processo di calibrazione allo scopo di acquisire migliori stime degli stessi, che a loro volta portano a una migliore calibrazione, e così via». Una velocità da record Sebbene il progetto sia tuttora un lavoro in corso d’opera e la ricerca sia in fase di evoluzione, sono già stati raggiunti diversi importanti risultati. Uno dei più impressionanti conseguiti finora è stata la produzione di un singolo campione della mappa di Planck a 30 GHz in soli 90 secondi, il tutto includendo i processi di calibrazione, stima del rumore e realizzazione della mappa. «È una velocità maggiore rispetto alle altre fasi in programma, tra cui la modellizzazione dei foreground», afferma Eriksen. «Il nostro lavoro ha pertanto dimostrato che è davvero possibile svolgere il tipo di analisi di campionamento interativa da noi ipotizzato all’inizio di questo progetto». Metodi per il futuro I ricercatori, potendo approfittare del fatto che l’infrastruttura e il codice necessari sono ora quasi completi, stanno rivolgendo la propria attenzione alla raccolta dei risultati scientifici attraverso un metodo integralmente nuovo di effettuare un’analisi end-to-end delle osservazioni relative alla CMB. Sebbene l’obiettivo principale del progetto sia quello di utilizzare questo nuovo metodo per produrre migliori risultati da Planck, i ricercatori sono sicuri che sarà ugualmente applicabile a esperimenti futuri. Esso potrebbe persino svolgere un ruolo importante nel futuro rilevamento delle onde gravitazionali originate dal Big Bang. «Ritengo che il nostro metodo ridefinirà questo settore di studio nel prossimo decennio, consentendo risultati molto più solidi da una vasta gamma di esperimenti», dichiara Eriksen. «Ma soprattutto, rendendo possibile l’analisi congiunta di diversi esperimenti, i nostri macchinari consentiranno ai ricercatori di sfruttare le sinergie presenti tra i vari esperimenti in maniera continuativa».

Parole chiave

BeyondPlanck, missione Planck, Agenzia spaziale europea (ESA), Big Bang, cosmologia, radiazione cosmica di fondo (CMB, cosmic microwave background)

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