Włoska astrofizyczka bada promieniowanie reliktowe na stacji Amundsen-Scott

Włoska astrofizyczka, Sofia Fatigoni, prowadzi na stacji Amundsen-Scott kluczowe badania dotyczące kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła (CMB). Ta placówka badawcza, usytuowana dokładnie na biegunie południowym, regularnie doświadcza temperatur spadających do poziomu -50°C, uwzględniając efekt chłodzenia wiatrem. Baza, położona na wysokości 2835 metrów nad poziomem morza na Antarktycznej Płycie Lodowej, nosi nazwę na cześć pionierów, którzy dotarli do bieguna w latach 1911 i 1912.

Ekstremalne warunki panujące na stacji – siarczysty mróz i izolacja – są jej największym atutem dla obserwacji astrofizycznych. Zapewniają one minimalne zanieczyszczenie powietrza oraz niemal zerową wilgotność, co tworzy idealne środowisko do precyzyjnych pomiarów. Doktor Fatigoni koncentruje swoje wysiłki na projekcie teleskopu BICEP Array. Głównym celem tej misji jest zidentyfikowanie śladów pierwotnych fal grawitacyjnych, które miały zostać zapisane właśnie w CMB.

Zgodnie z obowiązującymi modelami kosmologicznymi, te fale powstały w pierwszych momentach po Wielkim Wybuchu, w epoce zwanej inflacją kosmiczną. Odkrycie polaryzacji B-mod w CMB stanowiłoby bezpośrednie, empiryczne potwierdzenie teorii inflacji. Kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, powszechnie znane jako promieniowanie reliktowe, to pozostałość cieplna zachowana od momentu „ostatniego rozproszenia”, które miało miejsce około 380 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu.

Spektrum tego promieniowania idealnie odpowiada ciału doskonale czarnemu o temperaturze wynoszącej 2,725 Kelvina. Projekt BICEP Array jest naturalną kontynuacją wcześniejszych przedsięwzięć badawczych, do których należały BICEP1 (realizowany w latach 2006–2008) oraz BICEP2 (2010–2012). Obecnie zespół dysponuje czterema teleskopami kriogenicznymi; pierwszy z nich rozpoczął zbieranie danych w 2019 roku, a drugi dołączył w 2022 roku.

Instrumenty te mają za zadanie mierzyć polaryzację CMB z wyjątkową dokładnością. Chodzi o to, by skutecznie oddzielić sygnał pochodzący od pierwotnych fal grawitacyjnych od zakłóceń, takich jak pył galaktyczny. Ten ostatni element w przeszłości znacząco wpłynął na analizę danych zebranych przez BICEP2 w 2014 roku, co wymagało ostrożniejszego podejścia. To prawdziwe wyzwanie, by nie dać się zwieść pozorom.

Życie na stacji, zarządzanej przez amerykański Narodowy Fundusz Naukowy w ramach Amerykańskiego Programu Antarktycznego (USAP), jest fascynującym porównaniem do warunków panujących na Marsie. Stacja doświadcza sześciomiesięcznego dnia polarnego, po którym następuje równie długa noc. Obiekt jest przystosowany do przebywania maksymalnie 150 osób latem i około 50 zimą, które pozostają w całkowitej izolacji od połowy lutego do końca października. Co ciekawe, z uwagi na ruch płyty lodowej, przesuwającej się o mniej więcej 10 metrów rocznie, konieczna jest coroczna korekta znacznika geograficznego bieguna południowego.

Te unikalne cechy czynią to miejsce niezastąpionym dla astrofizyki, co potwierdza obecność tam także innych instalacji, jak choćby obserwatorium neutrin IceCube. Badania prowadzone przez doktor Fatigoni i jej współpracowników mają charakter fundamentalny, ponieważ dążą do rozświetlenia najwcześniejszych epok istnienia Wszechświata. Pomyślne zarejestrowanie B-mod wywołanych przez fale grawitacyjne pozwoliłoby przenieść model inflacyjny z domeny spekulacji do sfery faktów empirycznych, otwierając tym samym zupełnie nowy rozdział w kosmologii.