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14 maggio 2014

Che c'è di nuovo con BICEP2?

© ESA/Planck Collaboration

Nei giorni scorsi si sono rincorse voci a proposito dei risultati annunciati un paio di mesi fa dall'esperimento BICEP2. La cosa è iniziata con un post sul blog di fisica delle particelle Resonaances che avanzava forti dubbi sull'analisi, affermando che il team di BICEP avrebbe male interpretato risultati non ancora pubblici della collaborazione Planck riguardanti la polarizzazione della nostra galassia, che ciò avrebbe portato a una stima sbagliata della contaminazione dovuta alla polvere galattica che di fatto annullerebbe la significatività della misura delle onde gravitazionali primordiali, e infine che il team di BICEP2 avrebbe persino riconosciuto l'errore. Il rumor è stato ripreso da Science e successivamente smentito con forza dai responsabili di BICEP2. Tanto per aggiungere carne al fuoco, qualche giorno prima del post la collaborazione Planck aveva pubblicato un articolo che conteneva proprio una nuova mappa della polarizzazione della polvere galattica (figura in alto), in cui la regione di cielo osservata da BICEP2 era però assente: questo ha alimentato ulteriori dietrologie. Insomma, la faccenda è ingarbugliata (e anche piuttosto tecnica, vi avverto), ma provo a dire qualche idea che mi sono fatto, magari sbagliata, da osservatore esterno (osservatore esperto, però).

1. Una delle incertezze nei risultati di BICEP2 (forse la principale) deriva, in effetti, dal fatto che non conosciamo completamente la polarizzazione della radiazione emessa dalla polvere che pervade la nostra galassia: purtroppo ci siamo immersi dentro, e si frappone fra noi e il segnale primordiale che vogliamo osservare. Questo problema è ben noto, e perciò BICEP2 ha osservato una regione di cielo che si ritiene poco contaminata (perché lontana dal disco della galassia), e ha poi tenuto conto della possibile contaminazione residua al meglio delle conoscenze attuali, estrapolando le informazioni disponibili. L'articolo lo dice chiaramente (pag. 12): "The main uncertainty in foreground modeling is currently the lack of a polarized dust map. (This will be alleviated soon by the next Planck data release.) In the meantime we have therefore investigated a number of existing models and have formulated two new ones."

2. I modelli dell'emissione galattica polarizzata usati da BICEP2 per stimare le possibili contaminazioni alla misura sono sei. Solo uno di questi è basato su dati di Planck: in assenza di dati pubblici, BICEP2 ha in effetti usato informazione estratta da una immagine preliminare mostrata durante una conferenza. Ma questo non è uno scoop, visto che la fonte dei dati (le slide della conferenza) è dichiarata esplicitamente nella nota 33 dell'articolo.

3. Il risultato finale di BICEP2 non sembrerebbe comunque dipendere in maniera cruciale dal solo modello basato sui dati di Planck. Anche ammettendo che l'analisi abbia sottostimato il contributo della polarizzazione galattica dalla mappa catturata dalle slide della conferenza (come afferma il post da cui ha avuto origine tutto il marasma), la correlazione con il segnale osservato resta comunque trascurabile.

4. L'articolo di BICEP2 riconosce che al momento nessuno dei modelli usati per stimare la possibile contaminazione dalla polvere polarizzata è completamente affidabile ("The probability that each of these models reflects reality is hard to assess"). Il risultato finale e la sua significatività cambiano quando si assume l'ipotesi peggiore riguardo alla contaminazione dalla polvere, ma non in maniera da annullare completamente il segnale osservato. Assumendo zero contaminazione (cosa chiaramente irrealistica) si ottiene un segnale r=0.2 (r è il rapporto tra l'ampiezza delle onde gravitazionali primordiali e delle fluttuazioni di densità) che scende a r=0.16 nel caso di peggiore contaminazione. L'ipotesi che non ci siano onde gravitazionali primordiali (r=0) è esclusa con una significatività che va tra i 5.9 e i 7 sigma.

5. Il fatto che la mappa appena pubblicata da Planck non contenga la regione osservata da BICEP2 non ha nulla di misterioso, ma è semplicemente dovuto al fatto che in quella regione il rumore strumentale rende le osservazioni ancora troppo incerte. Il che significa che al momento non abbiamo informazioni in più sulla possibile contaminazione nelle osservazioni di BICEP2 rispetto a quelle che già avevamo, e che quindi bisognerà aspettare che Planck renda pubblici ulteriori dati.

Per riassumere: non è affatto impossibile che le prossime misure della polarizzazione da parte di Planck (che dovrebbero arrivare entro fine anno) portino a una riduzione della significatività della misura di BICEP2. Non sarei sorpreso se la cosa spingesse il parametro r a scendere attorno a un valore di 0.1, e la cosa potrebbe anzi aiutare a riconciliare il risultato di BICEP2 con i limiti superiori trovati dagli esperimenti che lo hanno preceduto (Planck incluso). Ma al momento non abbiamo nessuna ragione seria per credere che l'analisi di BICEP2 sia sbagliata, come un po' troppo frettolosamente qualcuno ha scritto in questi giorni. Potrebbe succedere che la significatività della misura venga ridotta fino a annullare la scoperta annunciata a marzo? Potrebbe, certo, se venisse fuori qualcosa di nuovo e imprevisto sulla nostra conoscenza della polarizzazione galattica: ma per ora non c'è nessuna evidenza in proposito. E si è detto fin dall'inizio (come è normale in questi casi) che l'annuncio di BICEP2 non era la fine della faccenda. Insomma, non c'è niente di davvero nuovo e non è successo niente che non faccia parte del normale processo di indagine scientifica: si fa il massimo per fare le cose per bene, si pubblicano i risultati, e si cercano ulteriori conferme o smentite. Aspettiamo che la polvere si posi, non diamo troppo peso al rumore di fondo, e vediamo come va a finire.
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