La scoperta dell’universo attraverso la polarizzazione della luce cosmica
L’universo è un mistero che da sempre affascina l’umanità. Domande come “Quanto è vasto l’universo?” o “Quando e come è iniziato?” sono al centro degli studi cosmologici. Grazie all’osservazione e all’evidenza sperimentale, la cosmologia ha fatto progressi significativi nel fornire modelli teorici dell’universo basati sulla fisica fondamentale. Il Modello Standard della Cosmologia è oggi ampiamente accettato dalla comunità scientifica, ma ci sono ancora domande fondamentali senza risposta, come la natura della materia oscura e dell’energia oscura.
Il fenomeno della birifrangenza cosmica
Nel 2020, è stato segnalato un nuovo e interessante fenomeno chiamato birifrangenza cosmica, osservato nei dati di polarizzazione della radiazione cosmica di fondo (CMB). La polarizzazione descrive le onde luminose che oscillano perpendicolarmente alla direzione in cui viaggiano. In genere, la direzione del piano di polarizzazione rimane costante, ma può ruotare in circostanze particolari. Una rianalisi dei dati CMB ha mostrato che il piano di polarizzazione della luce CMB potrebbe essere leggermente ruotato tra il momento in cui è stata emessa nell’universo primordiale e oggi. Questo fenomeno viola la simmetria di parità ed è chiamato birifrangenza cosmica.
La birifrangenza cosmica è difficile da spiegare con le leggi fisiche note, quindi è probabile che dietro di essa si nasconda una fisica ancora da scoprire, come le particelle simili agli assioni (ALP). La scoperta della birifrangenza cosmica potrebbe aprire la strada alla comprensione della materia oscura e dell’energia oscura, e per questo le future missioni si concentrano su osservazioni più precise della CMB.
L’incorporazione dell’effetto lente gravitazionale nei calcoli teorici
Per migliorare l’accuratezza dei calcoli teorici attuali, che finora non sono stati sufficientemente precisi perché non hanno preso in considerazione l’effetto lente gravitazionale, due ricercatori, Fumihiro Naokawa e Toshiya Namikawa, hanno stabilito un calcolo teorico della birifrangenza cosmica che incorpora gli effetti della lente gravitazionale. Hanno sviluppato un codice numerico per la birifrangenza cosmica che include gli effetti della lente gravitazionale, indispensabile per le future analisi.
Naokawa e Namikawa hanno derivato un’equazione analitica che descrive come l’effetto lente gravitazionale modifica il segnale di birifrangenza cosmica. Basandosi su questa equazione, i ricercatori hanno implementato un nuovo programma in un codice esistente per calcolare la correzione della lente gravitazionale e hanno poi esaminato la differenza nei segnali con e senza la correzione della lente gravitazionale.
Hanno scoperto che se si ignora l’effetto lente gravitazionale, il segnale di birifrangenza cosmica osservato non può essere ben adattato dalla previsione teorica, il che porterebbe al rifiuto statistico della vera teoria. Inoltre, hanno creato dati osservativi simulati che saranno ottenuti in future osservazioni per vedere l’effetto della lente gravitazionale nella ricerca degli ALP. Hanno trovato che se l’effetto lente gravitazionale non viene considerato, ci sarebbero significativi bias sistematici nei parametri del modello degli ALP stimati dai dati osservati, che non rifletterebbero accuratamente il modello degli ALP.
Lo strumento di correzione della lente gravitazionale sviluppato in questo studio è già in uso negli studi osservativi oggi, e Naokawa e Namikawa continueranno a utilizzarlo per analizzare i dati delle future missioni.
Il futuro delle missioni spaziali e la ricerca cosmologica
Le future missioni spaziali saranno in grado di rilevare con maggiore precisione i segni di violazione della simmetria di parità nella polarizzazione della radiazione cosmica di fondo, grazie agli sforzi di Naokawa e Namikawa che hanno considerato l’impatto dell’effetto lente gravitazionale. Questo progresso è stato evidenziato in uno studio recente pubblicato su Physical Review D ed è stato scelto come suggerimento degli editori.
Con l’avanzamento della tecnologia e l’approfondimento delle conoscenze teoriche, siamo sempre più vicini a svelare i segreti dell’universo. La ricerca continua, e ogni nuova scoperta ci porta un passo più vicino a comprendere la nostra origine e il nostro posto nell’infinito cosmo.
