In Betrieb befindliche Observatorien auf der ganzen Welt zielen auf Regionen des Himmels ab, die durch eine geringe galaktische Strahlungskontamination gekennzeichnet sind, um nach Abdrücken von kosmologischen Gravitationswellen (CGWs) zu suchen, die während dieser Zeit entstanden sind Inflation - mysteriöse Phase der quasi-exponentiellen Expansion des Weltraums im frühen Universum. Eine neue Studie der von SISSA geleiteten POLARBEAR-Kollaboration liefert einen neuen Korrekturalgorithmus, der es Forschern ermöglicht, die Menge an zuverlässigen Daten, die an solchen Observatorien gewonnen werden, nahezu zu verdoppeln und so den Zugang zum Neuland des vom CGV vor dem Urknall erzeugten Signals zu eröffnen .
„Nach heutigem Verständnis war das Universum unmittelbar nach dem Urknall sehr klein, dicht und heiß. „In 10–35 Sekunden vergrößerte es sich um den Faktor 1030“, erklärt Carlo Bacigalupi, Koordinator der Gruppe für Astrophysik und Kosmologie bei SISSA. „Dieser als Inflation bekannte Prozess führte zur Entstehung kosmologischer Gravitationswellen, die an der Polarisation des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, der vom Urknall übrig geblieben ist, nachgewiesen werden können.“ Nach solchen Signalen sucht das POLARBEAR-Experiment mit dem Juan-Tran-Teleskop in der Atacama-Wüste im Norden Chiles in der Region Antofagasta.
Die Analyse der vom POLARBEAR-Observatorium gewonnenen Daten ist ein komplexer Prozess, bei dem die Zuverlässigkeit der Messungen eine Schlüsselrolle spielt.
In den letzten zwei Jahren haben Anto Lonappan, ein SISSA-Doktorand, und Satoru Takakura von der University of Boulder, Colorado, die Qualität des erweiterten Datensatzes der POLARBEAR-Kollaboration charakterisiert und dabei alle bekannten instrumentellen und physikalischen Unsicherheiten und Systematiken verfolgt. „Wir haben einen Algorithmus implementiert, der die Genauigkeit der Messungen am „großen Punkt“ bestimmt – einem Gebiet von etwa 670 Quadratgrad auf der Südhalbkugel, wo unsere Sonde Daten erkennt, die mit Daten anderer Sonden übereinstimmen, die denselben Ort beobachten, z da sich das BICEP2/Keck Array am Südpol befindet“, erklären sie.
Aus experimenteller Sicht sind großartige Entwicklungen im Gange. Ein System aus drei modernisierten POLARBEAR-Teleskopen, bekannt als Simons Array, wird derzeit vorbereitet. Das Simons-Observatorium, ein neues System aus Teleskopen mit kleiner und großer Apertur, wird 2023 in der Nähe von Atacama seinen Betrieb aufnehmen. Später in diesem Jahrzehnt wird der Satellit LiteBIRD fliegen, und ein erweitertes Netzwerk bodengestützter Observatorien in der Atacama-Wüste und am Südpol, bekannt als „Stufe IV“, wird diese Beobachtungen ergänzen.
„All diese Bemühungen werden zur endgültigen Messung des CGV führen und gleichzeitig die wichtigsten Informationen über die kosmologischen Komponenten der Dunklen Energie und Materie enthüllen“, schließt Bacigalupi. „Dank der Hauptaufgabe der SISSA als Graduiertenschule, die Studierende auf die Arbeit als Nachwuchsforscher vorbereitet, leistet und wird unser Institut einen wesentlichen Beitrag zur Lösung der wichtigsten modernen Aufgaben der Physik leisten, wie beispielsweise der aktuellen, die auf die Erforschung von Gravitationswellen abzielt Bruchteil einer Sekunde nach dem Urknall".
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