BICEP2: modi B o radio loops?

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I modi B gravitazionali rilevati dall’esperimento BICEP2 costituiscono una scoperta sensazionale poiché rappresentano la prova dell’inflazione cosmica, ma c’è chi sostiene che potrebbero essere in realtà qualcos’altro.
In un recente preprint, un trio di cosmologi (Subir Sarkar e Hao Liu del Niels Bohr Institute, e Philipp Mertsch della Stanford University) sostiene che i pattern di polarizzazione osservati da BICEP2 nella radiazione cosmica di fondo (CMB) potrebbero essere stati scambiati per un segnale noto come “radio loops”, che è di natura astrofisica e non cosmologica.
Spieghiamo la differenza: quando osserviamo la CMB, questa può essere alterata da eventi che hanno avuto luogo durante la sua formazione o anche prima (si parla allora di effetti cosmologici) oppure per via dell’interazione dei suoi fotoni con gli oggetti incontrati lungo la strada (si parla allora di effetti astrofisici). È come quando si osserva una vecchia fotografia, che con il tempo è stata alterata da sostanze chimiche, calore e via dicendo: gli effetti cosmologici rappresentano i colori originali, mentre quelli astrofisici sono come una sorta di “sporcizia cosmica”. I cosmologi, per analizzare la CMB, devono prima “ripulirla” da tutti gli effetti astrofisici per poter avere una mappa quanto più fedele a quella dovuta ai soli effetti cosmologici.
Sarkar, Liu e Mertsch sostengono nel loro articolo che i radio loops potrebbero essere una fonte di contaminazione della radiazione cosmica di fondo di cui non si è tenuto conto nell’analisi dei dati di BICEP2.

Figura 1 - Le linee chiuse blu indicano i radio loops identificati da Sarkar e colleghi analizzando i dati del satellite WMAP. Colorata, nel quadrante in basso a sinistra, è mostrata l’area di cielo osservata da BICEP2. Si nota che è attraversata da uno dei loops.

I radio furono scoperti nei primi anni ’70 durante le osservazioni in banda radio della nostra galassia, la Via Lattea.
Si manifestano con un pattern di polarizzazione circolare simile a quello dei modi B prodotti da onde gravitazionali. Oggi si pensa che siano prodotti dalla polvere interstellare immersa in un campo magnetico, per esempio quello presente nei resti di supernova particolarmente estesi.
Se non si è mai sentito parlare di radio loops riguardo la scoperta di BICEP2, è perché semplicemente sono pattern attesi quando si guarda il cielo in banda radio, e non nelle frequenze delle microonde con cui si osserva la CMB. Ma Sarkar e colleghi hanno scoperto che, se i granelli polvere sono ricchi di ferro (elemento liberato in abbondanza dalle esplosioni di supernova, e sensibile ai campi magnetici) possono produrre una radiazione polarizzata anche nella banda delle microonde, i cui pattern possono aver contaminato la CMB ed essere stati scambiati per modi B gravitazionali.
Il trio di cosmologi ha rilevato radio loops nelle mappe della CMB prodotte dal satellite americano WMAP, il predecessore dell’europeo Planck. Ma non solo: la regione osservata da BICEP2 sarebbe attraversata proprio da uno di questi loop, e si trova in una zona dove i radio loops potrebbero essere dominanti rispetto ai modi B gravitazionali.
“Gli attuali modelli di emissione galattica non tengono conto del meccanismo che noi abbiamo identificato”, sostiene Sarkar. “Il team di BICEP2 non ha reso pubbliche le proprie mappe, quindi non abbiamo potuto controllare se le loro osservazioni sono in relazione con il loop che attraversa la regione da loro studiata.”

La scoperta di BICEP2 è quindi in pericolo? È presto per dirlo, ma sicuramente lo studio di Sarkar, Lui e Mertsch rende necessarie ulteriori verifiche. Peter Coles, cosmologo di fama mondiale, non nasconde le sue perplessità: “Il mio più grande dubbio riguardo i risultati di BICEP2 è che le loro osservazioni sono state fatte a un sola frequenza, 150 GHz. Per essere convinto che il segnale osservato sia di natura cosmologica avrei bisogno di vederlo confermato da altre misure a diverse frequenze”. Questo perché un segnale cosmologico apparirebbe identico a ogni frequenza, mentre gli effetti astrofisici cambiano al variare della frequenza con cui vengono osservati.
La questione, come si può immaginare, è controversa. Secondo David Spergel, uno dei massimi esperti mondiali sulla CMB, gli effetti dei radio loops non sarebbero “significativamente contaminanti” nelle mappe della radiazione cosmica di fondo. “Anche se – precisa – poiché i segnali di polarizzazione sono molto lievi, questi piccoli effetti sono molto importanti in fase di analisi dei dati.”
Sarkar, tuttavia, non ha molti dubbi: “Secondo me la comunità scientifica ha accettato in modo abbastanza acritico il claim di BICEP2, senza aspettare le necessarie controprove, ovvero la rilevazione dello stesso segnale a diverse frequenze e nei dati di Planck”.
I dati del satellite Planck, lanciato nel 2009 per studiare con alta precisione la radiazione cosmica di fondo, sono ora attesi con impazienza ancora maggiore. Essendo molto precisi, nonché raccolti per più frequenze di osservazione, non c’è dubbio che si riveleranno fondamentali per dirimere la questione una volta per tutte.

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