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Esperimenti sulla radiazione cosmica di fondo

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Voce principale: Radiazione cosmica di fondo.

Dalla scoperta nel 1964 della radiazione cosmica di fondo, da parte degli astronomi Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson, si sono susseguiti una varietà di esperimenti finalizzati alla ricezione e allo studio della CMB. Tra i tanti esperimenti, i più importanti sono stati:

  • COBE, il primo esperimento che ha misurato le temperature delle anisotropie nella CMB, scoprendo anche che presenta uno spettro elettromagnetico simile ad un corpo nero.
  • DASI, il primo a determinare il segnale di polarizzazione della CMB.
  • Telescopio CBI, il primo ad ottenere osservazioni in alta risoluzione, e il primo ad ottenere lo spettro di polarizzazione E-mode.
  • WMAP, l'esperimento che ha dato osservazioni della CMB a più alta risoluzione.
Comparazione dei dati sulla radiazione di fondo ottenuti con WMAP, COBE e telescopio Penzias e Wilson.
Confronto delle CMBR risultate da COBE, WMAP e Planck

La progettazione degli esperimenti cosmica di fondo è un compito molto impegnativo. I maggiori problemi sono i ricevitori, le ottiche del telescopio e l'atmosfera. Sono state sviluppate molte tecnologie per i ricevitori a microonde, come l'HEMT, il superconduttore-isolante-superconduttore, il circuito integrato monolitico a microonde e il bolometro. Generalmente, gli esperimenti montano complicati sistemi di criogenia per mantenere bassa la temperatura dell'amplificatore. Altri esperimenti consistono in uno o più interferometri, che si limitano a misurare le fluttuazioni spaziali dei segnali provenienti dal cosmo, e sono insensibili alla temperatura media di fondo di 2,7 K.

Un altro problema per questi esperimenti è il rumore 1/f intrinseco a tutti i rilevatori. Solitamente, gli esperimenti vengono progettati in maniera tale da minimizzare questo tipo di rumore. Per minimizzare i lobi secondari del segnale, i gruppi ottici solitamente usano elaborati sistemi di lenti e antenne a tromba alimentate. Infine, l'atmosfera è un problema perché l'acqua assorbe le radiazioni a microonde (principio utilizzato nei forni a microonde): essendo la radiazione di fondo un segnale alla lunghezza d'onda delle microonde, questo problema ne rende difficoltosa l'osservazione da terra. Per questo, lo studio della CMB fa sempre più uso di esperimenti aerei o spaziali. Gli esperimenti a terra, invece, si trovano quasi sempre in posti secchi come le Ande cilene o il Polo sud.

Esperimenti modifica

Immagine Nome Inizio Fine Tipo esperimento Localizzazione Frequenza (GHz) Tipo di amplificazione Obiettivi Note
Advanced Cosmic Microwave Explorer (ACME)
HACME: HEMT+ACME 		1988 1996 Terra 26–35; 38–45 HEMT Anisotropie temperatura CMB [1]
Antarctic Plateau Anisotropy Chasing Experiment (APACHE) 1995 1996 Terra Antartide 100, 150, 250 Bolometro Anisotropie temperatura CMB [1]
Absolute Radiometer for Cosmology, Astrophysics, and Diffuse Emission (ARCADE) 2001 — Pallone 3, 5, 7, 10, 30, 90 HEMT Spettro CMB [1]
  Archeops 1999 2002 Pallone 143, 217, 353, 545 Bolometro Misura delle anisotropie di temperatura della CMB [1]
Arcminute Cosmology Bolometer Array Receiver (ACBAR) 2001 — Terra 150, 219, 274 Bolometro Misura delle anisotropie di temperatura della CMB [1]
  Arcminute Microkelvin Imager (AMI) 2005 — Terra Regno Unito: Mullard Radio Astronomy Observatory 12-18 Interferometro Effetto Sunyaev-Zel'dovich, Misura delle anisotropie di temperatura della CMB [1]
ARGO 1988, 1990, 1993 1993 Pallone 150-600 Bolometro [1]
  Array for Microwave Background Anisotropy (AMiBA) 2002 — Terra Hawaii: Mauna Loa 86-102 MMIC Effetto Sunyaev-Zel'dovich; polarizzazione [1][2][3]
  Atacama Cosmology Telescope (ACT) 2007 — Terra Cile: Deserto di Atacama 145, 225, 265 Bolometro Misura delle anisotropie di temperatura della CMB [1]
  Atacama Pathfinder Experiment (APEX) 2005 — Terra 150, 217 Bolometro Misura delle anisotropie di temperatura della CMB; effetto Sunyaev-Zel'dovich [1]
  Australia Telescope Compact Array (ATCA) 1991 1997 Terra 8.7 HEMT [1]
Background Emission Anisotropy Scanning Telescope (BEAST) 2000 — Pallone, terra 25-35; 38-45 HEMT Osservatorio presso la stazione di ricerca dell'Università della California, stazione di ricerca White Mountain Peak [1]
Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization (BICEP) 2006 2008 Terra Polo Sud 100, 150 Bolometro Misura della polarizzazione su larga scala con maggiore precisione [1]
Balloon-borne Anisotropy Measurement (BAM) 1995 1998 Pallone Pallone UBC 110-250 Spettrometro [1]
Balloon-borne Radiometers for Sky Polarisation Observations (BaR-SPoRT) Future — Pallone 32, 90 Polarizzatore / OMT [1]
Berkeley-Illinois-Maryland Association (BIMA) 1986 2004 Terra 70-116; 210-270 SIS [1]
  Esperimento BOOMERanG 1997 2003 Pallone Antartide 90-420 Bolometro Misura delle anisotropie di temperatura della CMB con precisione migliorata [1]
B-mode RAdiation INterferometer (BRAIN) - — Terra Dome C, Antartide
Clover - — Terra 97, 150, 230 Bolometro Misura delle fluttuazioni su piccola scala a precisione migliorata, e la polarizzazione B-mode [1]
Cosmic Anisotropy Polarization Mapper (CAPMAP) 2002 — Terra 40, 90 MMIC/HEMT [1]
Cosmic Anisotropy Telescope (CAT) 1994 1997 Terra Mullard Radio Astronomy Observatory 13-17 Interferometro / HEMT Misura delle fluttuazioni a scala piccolissima in regioni piccole dell'universo [1]
  Telescopio CBI (CBI) 2002 2008 Terra Osservatorio Llano de Chajnantor, Cile 26-36 HEMT Misura delle fluttuazioni a scala piccolissima in regioni piccole dell'universo con precisione maggiore, e la polarizzazione della CMB [1]
COSMOSOMAS 1998 — Terra Osservatorio del Teide, Tenerife, Spagna 10-18 HEMT Esperimenti a scansione circolare per la CMB [1]
  Cosmic Background Explorer (COBE) 1989 1993 Spazio Orbita geocentrica Misura delle anisotropie di temperatura della CMB [1]
Cosmological Gene 1999 — Terra da 0.6 a 32 HEMT [1]
Degree Angular Scale Interferometer (DASI) 1999 2003 Terra 26-36 HEMT Temperatura e polarizzazione al Polo Sud [1]
E and B Experiment (EBEX) In futuro — Pallone Antartide 150-450 Bolometro Immagine larga e ad altà fedeltà delle anisotropie di polarizzazione della CMB e rilevazione delle onde gravitazionali inflazionarie di fondo [1]
Far Infra-Red Survey (FIRS) 1989 1989 Pallone 170-680 Bolometro [1]
KU-band Polarization IDentifier (KUPID) 2003 — Terra 12-18 HEMT [1]
Medium Scale Anisotropy Measurement (MSAM) 1992 1997 Pallone 150-650 Bolometro [1]
  Millimeter Anisotropy eXperiment IMaging Array (MAXIMA) 1995, 1998, 1999 1999 Pallone Palestine, Texas 150-420 Bolometro Misura delle fluttuazioni su scala media con precisione migliorata [1]
Millimeter Interferometer (MINT) In futuro — Terra 150 SIS [1]
Millimeter-Wave Bolometric Interferometer (MBI-B) In futuro — Terra 90 Bolometro [1]
Mobile Anisotropy Telescope (MAT) 1997, 1998 1998 Terra 30-140 HEMT / SIS [1]
Planck Surveyor 2009 — Spazio Lagrange 2 30-857 HEMT / Bolometro Polarizzazione; Misura delle anisotropie di temperatura della CMB [1]
Polarization Observations of Large Angular Regions (POLAR) 2000 2000 Terra 26-46 HEMT [1]
  Polarization of Background Microwave Radiation (POLARBEAR) 2012 — Terra Osservatorio Llano de Chajnantor, Cile 90-240 Bolometro Misura dei modi-B della polarizzazione su scala piccola [1]
Polatron - — Terra 100 Bolometro [1]
Princeton I, Q, and U Experiment (PIQUE) 2002 2002 Pallone 90 Bolometro [1]
Python 1992 1997 Terra 30-90 HEMT / Bolometro [1]
QMAP 1996 1996 Terra 30-140 HEMT / SIS [1]
  QUaD 2005 2007 Terra Polo Sud 100, 150 Bolometro Misura della polarizzazione intermedia con una precisione migliorata. [1]
Qubic In futuro — Terra 97, 150, 230 Bolometro Misura della polarizzazione B-mode su scala media
Q/U Imaging ExperimenT (QUIET) 2008 — Terra Osservatorio Llano de Chajnantor, Cile 40, 90 HEMT [1]
RELIKT-1 1983 1984 Spazio Orbita geocentrica Misura delle anisotropie di temperatura della CMB [1]
Esperimento Saskatoon 1993 1995 Terra Saskatchewan 26-46 HEMT [1]
SPOrt - — Spazio Stazione spaziale internazionale Polarizzazione [1]
South Pole Telescope 2006 Terra Polo Sud Misura delle fluttazioni e della polarizzazione su piccola scala [1]
Spider CMB 2011 Pallone 90, 150, 220 Bolometro Misura della polarizzazione su grandissima scala
  Sunyaev-Zeldovich Array (SZA) In futuro — Terra 26-36; 85-115 Interferometer Effetto Sunyaev-Zel'dovich [1]
Sunyaev-Zeldovich Infrared Experiment (SuZIE) 1996 — Terra 150, 220, 350 Bolometro Effetto Sunyaev-Zel'dovich [1]
TEsperimento Tenerife 1984 2000 Terra Tenerife 10, 15, 33 HEMT [1]
TopHat 2002 — Pallone 150-720 Bolometro [1]
Very Small Array 2002 2008 Terra 26-36 Interferometro / HEMT Misura delle fluttuazioni su scala intermedia e piccola, con precisione migliorata [1]
  Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) 2001 — Spazio Lagrange 2 23-94 HEMT Misura delle anisotropie di temperatura della CMB; Polarizzazione [1]

Note modifica

  1. ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u v w x y z aa ab ac ad ae af ag ah ai aj ak al am an ao ap aq ar as at au av aw ax ay az LAMBDA — CMB Experiment Sites, su lambda.gsfc.nasa.gov, 18 aprile 2008. URL consultato il 13 giugno 2010 (archiviato dall'url originale il 27 maggio 2010).
  2. ^ Paul Ho, et al., The Yuan-Tseh Lee Array for Microwave Background Anisotropy, 2008, arΧiv:0810.1871.
  3. ^ Jiun-Huei Proty Wu, et al., AMiBA Observations, Data Analysis and Results for Sunyaev-Zel'dovich Effects, 2008, arΧiv:0810.1015.

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