Mappa del livello di contaminazione della polvere, estrapolato dai dati a 353 GHz, sulla polarizzazione della radiazione di fondo cosmico a microonde. In alto a destra, il cielo dell’emisfero galattico australe, con evidenziato il contorno (in nero) della regione osservata da BICEP2. Le finestre più promettenti, perché più pulite, sono i rombi colorati di blu. Crediti: Planck/ESA. Fonte: http://arxiv.org/abs/1409.5738
Doveva essere il segnale più antico dell’universo, l’eco dell’inflazione cosmica, la firma delle onde gravitazionali primordiali. E invece pare proprio che non sia altro che un’ombra su una finestra impolverata. O meglio: qualunque cosa ci sia là fuori, il vetro è troppo sporco per dire di che si tratta. A mettere una pietra tombale sull’entusiasmo generato dall’annuncio – declamato a gran voce sei mesi fa da Harvard dai ricercatori di BICEP2, nel corso di una conferenza stampa planetaria – della rilevazione dei modi B primordiali nel segnale in polarizzazione del fondo cosmico a microonde, è un lungo articolo caricato in rete questa notte dal team del satellite Planck dell’Agenzia spaziale europea. Un articolo molto atteso dai cosmologi, perché se è vero che dal 17 marzo scorso a oggi l’entusiasmo è andato via via scemando mano a mano che emergevano incertezze e perplessità, solo nei dati a nove frequenze di Planck si poteva discernere con ragionevole certezza l’origine di quel segnale: l’alba dell’universo, pochi istanti dopo il Big Bang, o più prosaicamente il pulviscolo galattico che ci avvolge?
Un dubbio, questo, che i cosmologi hanno avuto sin dai primissimi minuti della presentazione dei risultati di BICEP2. Risultati recepiti da subito con stupore, quando non proprio con scetticismo. Le perplessità erano dovute alla difficoltà enorme che comporta il rimuovere le contaminazioni dovute ai foreground galattici, primi fra tutti la polvere e il sincrotrone. Già, polvere galattica e radiazione di sincrotrone: queste le due bestie nere di BICEP2 ed esperimenti analoghi. La prima a frequenze un po’ più elevate, la seconda a frequenze più basse, entrambe imprimono sulle mappe della polarizzazione del cielo a microonde una firma dannatamente simile a quella che avrebbero dovuto lasciare, se il modello inflazionistico è corretto, le onde gravitazionali immediatamente successive al Big Bang. Per ridurre al minimo la possibilità di confondersi, esistono essenzialmente due metodi: il primo è dotarsi di strumenti per riconoscere le firme “false”, come fa Planck, mentre il secondo è di osservare il cielo solo attraverso le “finestre” più pulite. Ed è questo secondo metodo quello adottato da BICEP2.
C’è polvere sui vetri, anche ai piani alti
La più pulita, fra le centinaia di finestre di quel palazzo di vetro che è la Via Lattea, la galassia nella quale ci troviamo, era stata individuata dal team di BICEP2 in un pertugio visibile dal Polo Sud. Perché proprio quella? In parte, e qui la vicenda si tinge di giallo, grazie a una mappa in polarizzazione di Planck fuoriuscita anzitempo: non potendo attendere i dati ufficiali, infatti, i ricercatori di BICEP2, stando alla ricostruzione fatta da Adrian Cho su Science, hanno dovuto arrangiarsi con quel poco che avevano: un file pdf presentato durante una conferenza. Per ridurre ulteriormente la contaminazione da polvere e sincrotrone, i ricercatori di BICEP2 avevano inoltre progettato il loro esperimento così da essere sensibile alla frequenza meno disturbata dai due segnali di foreground: con rivelatori a 150 GHz, dunque una finestra “pulita” anche dal punto di vista della banda elettromagnetica, al di sopra del picco del sincrotrone e al di sotto di quello della polvere.
Certo, l’ideale sarebbe stato non essere costretti a una scelta. Bisognerebbe poter osservare attraverso tutte le finestre del palazzo di vetro e a molte frequenze. Ed è esattamente quello che ha fatto la missione Planck, con le sue survey a tutto cielo su nove frequenze, da 30 a 857 GHz. Ma anche Planck ha il suo punto debole: la sua sensibilità alla radiazione polarizzata è assai inferiore a quella di BICEP2. Insomma, quanto a polarizzazione, BICEP2 è disegnato per vedere cosa c’è fuori, Planck per caratterizzare lo sporco che c’è sulla finestra. Il risultato di questa seconda impresa è quello pubblicato oggi, e dice appunto che il “vetro sopra al Polo Sud” non era così pulito come si sperava, perlomeno per quel che riguarda la polvere.
«La pubblicazione dei dati a 353 GHz sulla polvere polarizzata ha messo in risalto che tutto o parte del segnale osservato da BICEP2 a 150 GHz, e attribuito dal team alla polarizzazione della radiazione di fondo cosmico nei modi B, potrebbe essere dovuto a polvere galattica che, ahimè, pervade tutto il cielo, anche regioni ad alte latitudini galattiche, prima ritenute prive di polvere», spiega Nazzareno Mandolesi, responsabile dello strumento a bassa frequenza a bordo di Planck (LFI) e associato INAF. «È invece confermato che il contributo dell’emissione da sincrotrone, l’altro contaminante galattico attivo a frequenze minori di 150 GHz, non contamina il segnale di BICEP2 per più del 2 percento».
Dobbiamo dunque concludere che BICEP2 non ha visto il segnale polarizzato? No, tutt’altro, i dati di Planck non inficiano in alcun modo la rilevazione del segnale a 150 GHz. È la sua origine che viene messa in discussione: non essendo irrilevante il contributo della polvere, la probabilità che sia dovuto a onde gravitazionali primordiali si riduce in modo significativo.
BICEP e Planck insieme a caccia di ‘erre’
Ma la conclusione più importante, almeno per il momento, non ha tanto a che fare con la cosmologia quanto con i rapporti fra i team dei due esperimenti. Se BICEP2 è più sensibile alla polarizzazione e Planck più capace di discernere fra background e foreground, pare proprio che per trovare i modi B primordiali – se davvero esistono – i due team dovranno sacrificare almeno in parte il pur stimolante spirito competitivo che li ha incalzati finora e cominciare a collaborare. Come già hanno iniziato a fare.
«Da agosto team ristretti di Planck e BICEP2 stanno lavorando assieme, nell’ambito di un MOU (memorandum of understanding) sottoscritto dal Planck Science Team e dai leader di BICEP2, con lo scopo principale di ottenere una stima scientificamente convincente del rapporto tensore-scalare primordiale, il cosiddetto “fattore r”, basato sulle misure di BICEP2 e di Planck nella regione di cielo osservata da BICEP2. Per poi arrivare a scrivere un lavoro comune, possibilmente in coincidenza con la release di dati Planck 2014», anticipa Mandolesi.
Concretamente, questo significa che l’accesso ai dati sarà reciproco, e nessuno dei due team dovrà più ricorrere a stratagemmi come l’estrazione da un pdf o da una slide presentata a un seminario. E se tutto va bene entro fine anno, probabilmente già prima o durante il convegno internazionale sulla polarizzazione a microonde in programma a Ferrara a inizio dicembre, avremo i primi risultati di questo inedito lavoro congiunto.