Es una imagen compuesta: a la izquierda el criostato que contiene el instrumento. A la derecha, la simulación de la instalación del telescopio que permitirá investigar el origen del universo

En esta jornada del 21 de abril, la revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP), le dedica una edición especial, con ocho artículos científicos donde se describe el telescopio desarrollado especialmente para el proyecto QUBIC. La comunidad científica y el público general podrá leer de manera unificada el concepto instrumental, los resultados de las pruebas de laboratorio sobre el funcionamiento de todos sus componentes y las capacidades científicas de dicho instrumental. Será instalado cerca de San Antonio de los Cobres, Salta. QUBIC es el resultado de una colaboración entre 130 investigadores e investigadoras e ingenieros e ingenieras de Francia, Italia, Argentina, Reino Unido e Irlanda.

La Dra. en Astronomía Claudia Scóccola, Profesora de FCAG-UNLP e investigadora independiente de CONICET, es también Miembro del Comité de publicaciones y responsable de desarrollo de software de QUBIC. Es ella quien descata que "si bien hubo artículos anteriores, esta publicación logra englobar el concepto novedoso del telescopio, nunca antes utilizado en otro telescopio del fondo cósmico de radiación. "Tiene características que lo hacen único: su concepto científico y que sea un interferómetro bolométrico. El instrumento está funcionando muy bien en todas sus pruebas". Lo que se publica en esta jornada muestra el trabajo de dos años de cada área de laboratorio involucrada en QUBIC".

"En estos ocho artículos está compilado todo lo que hay sobre QUBIC -asegura Beatriz García, astrónoma e investigadora del CONICET y una de las representantes del Proyecto QUBIC en Argentina-. Estos artículos muestran la teoría y la ciencia que hay detrás de este telescopio, lo que se desea detectar, la idea completa desde el diseño, la fabricación de los diferentes subsistemas, su testeo en el laboratorio y todo lo que implica este instrumento. Es decir que estamos poniendo a consideración del mundo científico este instrumento, que es único en el planeta".

El demostrador tecnológico -un telescopio a menor escala- se instalará en su sitio de observación a 5000 m sobre el nivel del mar cerca de San Antonio de los Cobres a principios de 2023. El instrumento llegó a Salta en julio de 2021 y está siendo probado en la sala de integración construida para QUBIC en el sitio web de la CNEA Regional Nordeste. Las pruebas realizadas en Salta han confirmado que el instrumento no se dañó durante el viaje desde Francia y está funcionando de acuerdo con las especificaciones.
Quienes integran este equipo explican que la búsqueda de los modos B presenta un gran desafío para los astrofísicos. "La señal esperada es extremadamente débil, y su detección requiere sensores ultrasensibles y un telescopio excepcionalmente preciso. La señal también está afectada por la presencia de modos B no primordiales -especialmente aquellos producidos por el polvo en nuestra propia galaxia- que debe ser removido", detallan. QUBIC, entonces, es un instrumento que fue específicamente diseñado para detectar la polarización modo B y es el resultado de una colaboración entre ciento treinta investigadores e investigadoras e ingenieros e ingenieras de Francia, Italia, Argentina, Reino Unido e Irlanda.

Por la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas, participan también Martín Gamboa (estudiante de doctorado), Belén Costanza (estudiante de doctorado), Nahuel Mirón-Granese (postdoc), todos becarios CONICET dirigidos por la Dra. Claudia Scóccola.

Primera luz

La Dra. Scóccola agrega: "el siguiente paso es llevar el instrumental a la montaña y tomar imágenes del cielo lo cual, estimamos, sucederá entre fines de 2022 y a inicio de 2023. Se analizará la calidad de las imágenes y veremos cómo se comporta el equipo.

La buena noticia es que este concepto se materializó en este telescopio a pequeña escala y es el resultado de algo que se pensó hace 15 años: la tecnología de los criostatos que llevan todo a temperaturas de fracciones de grado por encima del 0 absoluto, una tecnología de punta que está funcionando muy bien en este instrumento".

El instrumento estuvo en desarrollo desde 2008 en París, fue construido en 2018 y probado entre 2019 y 2020. Finalmente, el instrumento llegó a Salta en julio de 2021 y actualmente está siendo probado en una sala de integración especial construida en el marco del proyecto QUBIC. Se instalará en su sitio de observación definitivo cerca de San Antonio de los Cobres, a cinco mil metros sobre el nivel del mar, a principios de 2023.

QUBIC tras los segundos posteriores al Big Bang

 El telescopio en cuestión es un instrumento con un diseño novedoso, destinado a sondear lo que se denomina "la física del universo primordial", es decir, lo que ocurrió unas pocas fracciones de segundo después del Big Bang, en los primeros instantes del universo. En ese momento ocurrió lo que se denomina inflación, que debe haber dejado sus huellas en la radiación de fondo cósmico en microondas. Pequeñas perturbaciones en el campo eléctrico de dicha radiación, los modos B de polarización podrían ser detectadas por QUBIC y responder así a una de las grandes preguntas de la Cosmología que aún están abiertas: qué sucedió durante los primeros momentos del Universo.

"Los físicos todavía no tenemos pruebas directas de qué ocurrió realmente en esta época. Esto es justamente lo que QUBIC está buscando. Si los modos B primordiales son detectados, serán una prueba directa de la fase de Inflación cósmica del universo, un resultado importante para la Cosmología, con profundas implicancias para la física de partículas. El estudio del patrón de modos B permitirá el estudio de la física fundamental a energías que sería imposible de alcanzar en los próximos siglos", señalan los miembros del equipo responsable del proyecto.

A pesar de que todas las observaciones hasta ahora son compatibles con la teoría de Inflación, todavía no tenemos pruebas directas de que esta época realmente ocurrió. Ésta es justamente la prueba que QUBIC está buscando. Si la Inflación tuvo lugar, los cálculos muestran que tuvo que haber dejado pequeños rasgos en la forma de ondas gravitacionales primordiales. Éstas a su vez, dejarían su huella en el fondo cósmico de radiación de microondas (1), en forma de un tipo especial de polarización llamado modos B, que ningún otro mecanismo primordial podría producir.

Si los modos B primordiales son detectados, serán una prueba directa de la fase de Inflación, un resultado importante para la Cosmología, con profundas implicancias para la física de partículas. El estudio del patrón de modos B permitirá el estudio de la física fundamental a energías que sería imposible de alcanzar en los próximos siglos.

La búsqueda de los modos B presenta un gran desafío para los astrofísicos. La señal esperada es extremadamente débil, y su detección requiere sensores ultrasensibles y un telescopio excepcionalmente preciso. La señal también está afectada por la presencia de modos B no primordiales (especialmente aquellos producidos por el polvo en nuestra propia galaxia) que debe ser removido.
El tema de los modos B de polarización está en el corazón de la cosmología moderna, como lo ilustra el hecho de que el Premio Grüber de Cosmología fue otorgado este año a tres físicos por su trabajo teórico sobre esta cuestión, uno de ellos Matías Zaldarriaga, es argentino, en estrecho contacto con la colaboración QUBIC.

(1)La "radiación 3K" o CMB (por Cosmic Microwave Background en inglés), una radiación reliquia de la primera infancia del Universo, una de las fuentes de información más ricas para los cosmólogos, que ya ha dado lugar a tres premios Nobel (1978, 2006 , 2019).

Otros instrumentos tras esas huellas iniciales del Universo

 Según señalan desde el Proyecto QUBIC, este telescopio compite con media docena de otros instrumentos en la búsqueda de modos B primordiales: BICEP/KECK, CLASS, SPIDER en Estados Unidos, Ali-CPT en China y el proyecto de satélite japonés (con fuerte contribución europea) LiteBIRD (planificado para 2030). Todas son variaciones del concepto instrumental clásico de un telescopio y no ofrecen las particularidades de QUBIC en términos de pureza de medición y espectro-imagen que le debemos a la interferometría. Las sensibilidades de estos instrumentos son comparables y, en cualquier caso, el descubrimiento final deberá ser confirmado de forma independiente por varios equipos, ya que este descubrimiento tendrá repercusiones en la comunidad científica y más allá.

Contactos argentinos:

Representante argentino en QUBIC: Alberto Etchegoyen
alberto.etchegoyen@iteda.cnea.gov.ar

Gerente de proyecto: Marcelo Famá
marcelo.fama@iteda.cnea.gov.ar

Miembro del Comité de publicaciones y responsable de desarrollo de software: Claudia Scóccola
cscoccola@fcaglp.unlp.edu.ar

Miembro del Comité de difusión: Beatriz García
beatriz.garcia@iteda.cnea.gov.ar

Más información en:

https://www.qubic.org.ar/

Videos:

CNEA Argentina: https://www.youtube.com/watch?v=W-WVRJ_CWsU

CNEA Argentina: https://www.facebook.com/watch/?v=245306550742903