LiteBIRD

05/03/2021

LiteBIRD “Lite satellite for the study of  B-mode polarization and Inflation from cosmic background Radiation Detection” è una missione spaziale dedicata allo studio della radiazione di fondo cosmico a microonde (CMB). LiteBIRD è stata selezionata come “Large Mission” dall’agenzia spaziale giapponese JAXA che guida una collaborazione a livello mondiale tra Giappone, USA, Europa e Canada. Al momento il progetto si trova in Fase A ed il lancio è previsto nel 2028. In Italia sono coinvolti l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), l’INAF e l’INFN oltre a numerose Università e la Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati di Trieste.

LiteBIRD rappresenta la quarta generazione di satelliti dedicati alla CMB dopo i suoi predecessori COBE, WMAP e Planck e sarà la prima totalmente dedicata allo studio della polarizzazione del fondo cosmico. LiteBIRD ha come obiettivo primario il fornire una mappa di tutto il cielo nelle microonde con una sensibilità senza precedenti in polarizzazione su scale angolari superiori a 20′. Ha un range di 15 frequenze che spazia da 40 GHz a oltre 400 GHz, ottimale per la rimozione della contaminazione da segnali astrofisici come l’emissione della galassia. Si compone di 3 telescopi: un riflettore a basse frequenze (chiamato LFT, Low Frequency Telescope) e due rifrattori a frequenze intermedie e alte (MHFT, Middle High Frequency Telescopes), il tutto raffreddato criogenicamente a temperature molto basse, intorno a 5 K. Sarà il primo satellite a utilizzare nello spazio telescopi rifrattori e con una half wave plate rotante per lo splitting della polarizzazione, tecnologia che permette di abbattere il rumore 1/f.

L’obiettivo scientifico principale di LiteBIRD è la ricerca delle onde gravitazionali primordiali attraverso il loro segnale nel modo B di polarizzazione. In termini di rapporto tra l’ampiezza delle onde gravitazionali e le perturbazioni legate alla densità, chiamato r, LiteBIRD dovrebbe raggiungere una sensibilità dell’ordine 10^-3, migliorando i vincoli attuali all’incirca di un fattore 30. Con tale sensibilità, LiteBIRD potrà discriminare tra diversi modelli inflazionari compatibili con le misure attuali e sondare se l’inflazione avvenne ad una scala di energia all’incirca di 10^16 GeV, un’energia superiore di 12 ordini di grandezza rispetto a quelle raggiungibili in esperimenti di particelle sulla terra. Oltre a questo, la misura del modo di polarizzazione E al limite della varianza cosmica permetterà lo studio dell’epoca di reionizzazione e di diverse estensioni del modello cosmologico standard con un’accuratezza senza precedenti.

La partecipazione dell’INAF-OAS Bologna si inquadra nell’ambito degli accordi ASI-UniRoma Tor Vergata-INAF per il supporto al progetto COSMOS (Cosmic Orbital and Sub-orbital Microwave Observations) nel periodo 2017-2020 ed alla partecipazione italiana alla fase A della missione per il triennio 2020-2022.

Il contributo alla parte scientifica in questa fase è incentrato sulle predizioni dei risultati scientifici in coordinamento con lo sviluppo del design strumentale e della pipeline di data analisi. Le predizioni permettono infatti di ottimizzare entrambe le attività per massimizzare il ritorno scientifico della missione.

Le linee scientifiche studiate sono le seguenti:

  • lo studio delle implicazioni per i modelli inflazionari delle misure di LiteBIRD, anche in combinazione con altri osservabili cosmologici;
  • la derivazione dei parametri cosmologici per diverse estensioni del modello standard e lo studio dell’effetto su questi dei residui di contaminazione astrofisica e di sistematiche;
  • lo studio delle anomalie a grandi scale angolari rivelate prima da WMAP e poi confermate da Planck e di come la loro eventuale significatività statistica possa essere migliorata dalle misure della polarizzazione di LiteBIRD permettendo di identificare se la loro origine sia legata alla fisica dell’Universo primordiale o a effetti sistematici/residui astrofisici;
  • lo studio dell’importanza di LiteBIRD per modelli cosmologici strettamente legati alla fisica fondamentale come la birifrangenza cosmica e il magnetismo primordiale e all’Universo recente come la reionizzazione.

Cliccare per ingrandire

Il contributo italiano strumentale è incentrato sulla progettazione, realizzazione e test della coppia di telescopi MHFT con la responsabilità dello sviluppo di tre linee sperimentali:

  • il rotatore di polarizzazione criogenico della half wave plate ed altre componenti ottiche per il telescopio (UniRoma La Sapienza);
  • l’elettronica di controllo e read-out dei detector dei piani focali (INFN / Uni Milano Bicocca);
  • il test e la calibrazione a radio frequenza del telescopio a livello di sotto-sistema (Uni Milano Statale / INAF OAS).

L’INAF-OAS si occuperà di supportare le campagne di calibrazione e verifica del MHFT a livello di sotto-sistema mediante misure alle temperature criogeniche previste nel range operativo del telescopio ( T </= 5 K) di proprietà a radiofrequenza e termiche di materiali ed unità usati nel telescopio.

Persone coinvolte @OAS BolognaGianluca Morgante (Responsabile per INAF del contratto ASI di supporto a LiteBIRD), Fabio Finelli, Alessandro Gruppuso, Daniela Paoletti, Francesco Cuttaia, Luca Terenzi, Maura Sandri, Fabrizio Villa.

Sito web LiteBIRDhttp://litebird.jp/eng/