Por primera vez se detecta un modo B de polarización en el fondo cósmico de microondas

Dibujo20130723 e-mode pol left and b-mode pol right measured with Sptpol at 150 ghz

La polarización del fondo cósmico de microondas presenta modos E y modos B, siendo estos últimos una contaminación medible debida al fondo cósmico de ondas gravitatorias producidas durante la inflación cósmica en los primeros instantes del big bang. La noticia científica del día es que SPT (South Pole Telescope) ha detectado por primera vez un modo B con 7,7 sigmas en la pequeña región del fondo cósmico de microondas que explora desde el Polo Sur. Por tanto, se puede afirmar que los modos B existen y que el análisis de los datos del telescopio espacial Planck sobre la polarización del fondo cósmico de microondas que se publicarán en 2014 podrían detectar muchos. La importancia de los modos B es que nos ofrecen mucha información sobre el campo inflatón responsable de la inflación cósmica, actuando como una navaja de Ockham sobre todos los modelos. Sin embargo, este modo B no es suficiente para empezar a descartar modelos inflacionarios ya que no se trata de un modo B de origen primordial (o inflacionario) pues también hay fenómenos de “primer plano” que pueden dar a lugar a estos modos, como lentes gravitatorias débiles; pero es muy importante entender este tipo de modos B para poder diferenciarlos de los modos B primordiales de gran interés inflacionario. Por ello me parece que se trata de una gran noticia. El artículo técnico es D. Hanson et al. (SPT), “Detection of B-mode Polarization in the Cosmic Microwave Background with Data from the South Pole Telescope,” arXiv:1307.5830, Subm. 22 Jul 2013.

Dibujo20130723 cross-correlation lensing B modes measured by SPTpol at 150 GHz

Las anisotropías en la polarización del fondo cósmico de microondas (CMB) se pueden descomponer en modos E (de rotacional nulo) y en modos B (de gradiente nulo). Las perturbaciones escalares que dominan las anisotropías del CMB no producen modos B en el orden perturbativo más bajo (sólo producen modos E), por ello los modos B permiten estudiar las perturbaciones tensoriales en el universo temprano (que quedan muy enmascaradas en los modos E). Los modos B permiten medir la escala de energía de la inflación (es decir cuándo ocurrió) y la presencia de señales no gaussianas en los modos B permiten una medida directa de algunos parámetros cosmológicos (como la distribución global de masa, la suma de la masa de los neutrinos y otros parámetros cosmológicos; más información en arXiv:0811.3916). Todos los experimentos anteriores han puesto límites superiores a los modos B, pero hasta ahora no se ha podido descubrir uno de forma directa (recuerda que se ha observado a más de 5 sigmas).

Dibujo20130723 South_Pole_Telescope_2008

El telescopio SPT (South Pole Telescope) de 10 metros está situado en el Polo Sur y estudia el fondo cósmico de microondas en una pequeña región del cielo (libre de contaminación galáctica) utilizando detectores (bolómetros) de alta frecuencia entre el multipolo 500 y el 3000 (el telescopio espacial Planck entre el 2 y el 2000, pero explora el cielo completo). En enero de 2012 se instalaron detectores de polarización en SPT (la gran diferencia entre WMAP y Planck es que este último tiene detectores de polarización). Los bolómetros sensibles a la polarización de SPT son 1176 a 150 GHz y 360 a 95 GHz. Los primeros son los que responsables de la observación del modo B entre marzo y noviembre de 2012, en una región de 100 grados cuadrados colocada entre 23h y 24h de ascención recta y entre 50 y 60 grados de declinación.

Por supuesto, la clave es la técnica de análisis de datos basada en filtros de Wiener aplicados en el dominio de la frecuencia. Esta técnica elimina el ruido atmosférico (que no afecta a Planck), las posibles fuentes puntuales de microondas extragalácticas y el ruido instrumental. Sin entrar en detalles técnicos, el filtro de Wiener es capaz de separar la contribución de los modos E y B, lo que en principio permite la observación de estos últimos. Sin embargo, el proceso no es sencillo. Por ello, haber podido ensayar esta técnica en SPT (que seguro que también será utilizada en el análisis de los datos de Planck) y haber obtenido un éxito es un gran paso hacia una de las grandes noticias del año 2014, la observación de un gran número de modos B en los datos de Planck sobre la polarización del fondo cósmico de microondas.

Más información sobre los modos B en este blog en “La inflación cósmica y las anisotropías en la polarización del fondo cósmico de microondas,” 14 Oct 2010; y en “El fondo cósmico de ondas gravitatorias y su detección gracias a la polarización de la radiación del fondo cósmico de microondas,” 21 May 2010.

4 pensamientos en “Por primera vez se detecta un modo B de polarización en el fondo cósmico de microondas

  1. Antes de nada me gustaría felicitar a Francis por este extraordinario blog. Aunque éste sea mi primer comentario aquí, debo decir que sigo el blog desde hace mucho tiempo y lo consulto todos los días para informarme sobre los apasionantes avances que nos ofrece la ciencia y para disfrutar de las explicaciones que de ellos aquí se hacen (y de los debates que a veces se montan en las secciones de comentarios).

    Lo que me ha animado por fin a dejar un comentario es la sorpresa que me he llevado al leer el titular. El tema de la cosmología me apasiona y lo descrito en esta noticia me parece un hallazgo importantísimo que va a suponer un gran avance en esta rama de la Física. Ojalá gracias al estudio de estos modos B no tengamos que esperar demasiado a que se aclare todo (o al menos una gran parte) lo relacionado con la inflación. ¡Estoy impaciente por ver los próximos datos de Planck!

  2. As an alumnus of the SPT collaboration, (though sadly not part of this exciting paper) I thought I would comment on one of the points above.
    “Sin embargo, este modo B no es suficiente para empezar a descartar modelos inflacionarios ya que no se trata de un modo B de origen primordial (o inflacionario) pues también hay fenómenos de “primer plano” que pueden dar a lugar a estos modos, como lentes gravitatorias débiles; pero es muy importante entender este tipo de modos B para poder diferenciarlos de los modos B primordiales de gran interés inflacionario.”
    It deserves clarification that this paper makes no claim whatsoever of detecting inflationary B-modes. By cross correlating the SPT B-mode maps with the gravitational lensing potential, this paper is PURELY a detection of lensing B-modes. This is still an impressive first result, and represents exciting progress in the field.
    P.S. Forgive me for responding in English, but it is much easier for me.

  3. “(…) modos B (de gradiente nulo).”

    ¿No es, acaso, divergencia nula?

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