Limpiando los modos B espurios debidos a los modos E

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Un premio Nobel a la inflación cósmica requiere la observación de los modos B de origen cosmológico en los mapas de polarización del fondo cósmico de microondas. La mayor fuente de contaminación son los modos B espurios debidos al efecto de lente gravitacional de la materia oscura sobre los modos E. Limpiar estos modos B no cosmológicos haría aparecer los modos B que nos interesan. Para lograrlo se ha propuesto una técnica de filtrado (delensing) que estima estos modos espurios a partir del mapa de modos E y del contenido de materia del universo estimado usando el fondo cósmico infrarrojo.

La técnica ha sido demostrada con gran éxito en datos simulados. En datos reales es prometedora, pero no parece que vaya a tener éxito con los mapas del telescopio espacial Planck de la ESA y de los telescopios BICEP en el Polo Sur. La razón es la contribución del polvo galáctico interestelar que emite radiación polarizada; descontar su contribución es mucho más difícil. Por ello habrá que esperar a los futuros telescopios espaciales PRISM y COrE. Sus mapas en las ventanas del cielo con menos polvo interestelar deberían permitir una limpieza eficaz. Quizás observemos los modos B antes de lo esperado gracias a estos nuevos algoritmos de delensing.

El artículo es Patricia Larsen, Anthony Challinor, …, Daisy Mak, «Demonstration of cosmic microwave background delensing using the cosmic infrared background,» Phys. Rev. Lett. 117: 151102 (2016), doi: 10.1103/PhysRevLett.117.151102arXiv:1607.05733 [astro-ph.CO]. En esta línea también recomiendo Daniel Green, Joel Meyers, Alexander van Engelen, «CMB Delensing Beyond the B Modes,» arXiv:1609.08143 [astro-ph.CO], y Barun Pal, «A Demonstration of Spectral Level Reconstruction of Intrinsic B-mode Power,» 1608.07215 [astro-ph.CO].

[PS 25 Oct 2016] Recomiendo leer (más general y divulgativo) a César Tomé, «El fondo cósmico de microondas y el espejo de feria,» Cuaderno de Cultura Científica, 19 Oct 2016.

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La idea de limpiar los modos B espurios fue propuesta por Barun Kumar Pal, Hamsa Padmanabhan, Supratik Pal, «Towards reconstruction of unlensed, intrinsic CMB power spectra from lensed map,» MNRAS 439: 3022-3032 (2014), doi: 10.1093/mnras/stu162arXiv:1309.1827 [astro-ph.CO]. Ellos proponían estimar el potencial gravitacional de la materia (lensing potential) a partir de los propios modos E y modos B en los mapas de polarización del fondo cósmico de microondas de WMAP-7. Una vez estimado proponían aplicar la técnica de limpieza de modos B espurios a los mapas de WMAP-9. Esta técnica autoconsistente es menos fiable que la nueva técnica que usa los mapas del fondo cósmico infrarrojo (CIB).

La nueva propuesta de Larsen et al. consiste en estimar el CIB usando los mapas de Planck a 545 y 857 GHz (recuerda que efecto del polvo galáctico se estima usando el mapa a 353 GHz). Estos mapas permiten reconstruir la distribución de materia oscura del universo observable (potencial gravitacional) responsable del efecto de lente gravitacional sobre los modos E. Gracias a ello se pueden calcular con precisión los modos B (espurios) que corresponden a estos modos E y usarlos para limpiar todos los modos B observados en los mapas de Planck a 100 y 143 GHz.

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Sobre datos simulados Larsen et al. han demostrado que su limpieza funciona con gran precisión. Pero aplicada a los datos reales de Planck no han logrado desvelar ningún modo B cosmológico. Habrá que combinar la nueva técnica de delensing con métodos de eliminación de la contribución del polvo interestelar. Pero no parece una labor fácil.

En resumen, no podemos pedirles peras al olmo; el trabajo de los pioneros es eso, trabajo de pioneros. La nueva técnica aparente tener un futuro muy prometedor y quizás sea aplicada a los datos de BICEP3 con cierto éxito. Crucemos los dedos. Pero con seguridad su nicho natural serán los mapas de los futuros telescopios espaciales para la búsqueda de modos B.

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A los despistados les recuerdo que el fondo cósmico de microondas está polarizado de forma lineal. Luego el telescopio espacial Planck ha obtenido mapas de las anisotropías térmicas en intensidad (I) y en polarización lineal (Q y U); la componente de polarización circular (V) es despreciable. Desde un punto de vista cosmológico la interpretación de los mapas Q y U se facilita si transforman en mapas E y B. La razón es que durante la inflación cósmica la densidad de materia (campo escalar) contribuye a los modos E, pero no a los modos B. Las perturbaciones gravitacionales durante la inflación (campo tensorial) contribuye a los modos B, pero no a los modos E. Por ello, observar los modos B cosmológicos permite confirmar la última gran predicción inflacionaria: parte de la energía del campo inflatón acabó generando ondas gravitacionales primordiales en el propio tejido del espaciotiempo. Más información en este blog.

Tras la falsa alarma de BICEP2, sobre la posible primera observación de los modos B cosmológicos, se ha descubierto que hay demasiado polvo interestelar que radia microondas polarizadas. Su presencia impide que Planck haya detectado los modos B. Sin embargo, BICEP, SPTpol, ACTpol y POLARBEAR han logrado observar los modos B espurios resultado del efecto de lente gravitacional de la materia que hay entre nosotros y el fondo cósmico de microondas en los modos E. Eliminar estos modos B espurios facilitará la detección de los modos B cosmológicos.



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Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 24 octubre, 2016
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Noticias • Physics • Planck • Science
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