BICEP2 e inflação cósmica: tá tudo dominado?
Autor: Luis Gregório Dias | Publicado: 2014-04-12T19:53:00-03:00

Na quarta-feira passada o prof. L. Raul Abramo deu um seminário sobre o experimento BICEP2 no "Convite à Fisica" do IFUSP.

Para quem não sabe, o BICEP2 é um experimento realizado na Antartida com detectores específicos para estudar a radiação cósmica de fundo em micro-ondas&nbsp;(ou "CMB", o popular "eco do Big Bang"). Resultados divulgados no final de Março apontam fortes evidências de uma assinatura de "marcas" de ondas gravitacionais impressas na CMB.

É um assunto fascinante e quente no momento. Se este resultado for confirmado, há fortes especulações de um prêmio Nobel, o que explica as manchetes mais exarcebadas. Para uma recapitulação do assunto (que, leigo que sou no tema, não farei aqui), vide um artigo da Nature, o texto do Marcelo Gleiser para a NPR, e blogposts de experts (mais avançados) aqui&nbsp;e&nbsp;aqui. Em português, recomendo os textos dos blogs&nbsp;Simetria de Gauge&nbsp;e&nbsp;Todas as Configurações Possíveis.

O seminário do prof. Raul foi bastante ilustrativo e chamou a atenção para alguns pontos importantes sobre a real relevância do experimento e da cautela que se deve ter antes de abrir o champagne para comemorar o prêmio Nobel.

Comecemos pela imagem que roda o mundo: o padrão de polarização medido pelo experimento.



"From BICEP2 collaboration/Nature (link)".

É uma imagem bastante ilustrativa. Vemos a "olho nú" um modo com um rotacional não-nulo, o chamado "modo B" de polarização que seria de ondas gravitacionais dos primórdios do Universo. No entanto, acho que o gráfico-chave da história toda é este aqui:




O gráfico mostra, a grosso modo, a intensidade na polarização do modo B de ondas gravitacionais versus o inverso da escala de comprimento das ondas &nbsp;("Multipolo"). As curvas vermelhas mostram previsões teóricas. A previsão para o sinal gerado por ondas gravitacionais é que ele domine em grandes escalas de comprimento ("Multipolo" pequeno), conforme indicado pelas linhas tracejadas.

Os símbolos correspondem a dados experimentais do BICEP e limites de detecção de outros experimentos "concorrentes". Como o eixo vertical está em escala logarítmica, vê-se, de cara, que o BICEP (pontos cinzas e pretos) conseque detectar sinais 100 vezes mais fracos que seus concorrentes (pontos coloridos), o que, em si, já é um feito notável.

O grande resultado é que os dados do BICEP2 (pontos pretos) mostram uma concordância muito boa com a teoria de ondas gravitacionais para grandes escalas (linha tracejada vermelha na parte inferior mais à esquerda).

Suficiente para estourar o espumante e esperar o Nobel? Well, not so fast. Como apontou o prof. Raul na sua fala (e também mencionado por Matt Strassler e&nbsp;Peter Coles em seus blogs)&nbsp;há algumas nuvens de chuva no horizonte.

Por exemplo, note que alguns os pontos pretos não seguem as curvas vermelhas para valores de multipolo em torno 200: eles desviam para cima, ficando acima mesmo da curva teórica que prevê para ondas gravitacionais geradas pelo efeito de lente gravitacional.





Retirado do blog de Matt Strassler &nbsp;(link) .

Embora isso pareça um desvio "pequeno" no gráfico, é importante notar que:
i) A diferença para a curva vermelha está fora das barras de erro (embora os autores estejam confiantes de que sejam apenas artifatos estatísticos).
ii) A escala vertical é logaritmica, de modo que o desvio em valores absolutos não é tão pequeno assim.


Um outro ponto importante é que os dados do BICEP2 foram obtidos para apenas uma frequência de ondas gravitacionais (150Hz). A previsão é que o sinal seria robusto para uma gama grande de frequências.

EM RESUMO:&nbsp;O experimento determina o estado da arte em matéria de detecção de modos de polarização na radiação de fundo e os resultados são impressionantes. Muito possívelmente o sinal medido é, de fato, uma assinatura de ondas gravitacionais geradas nos primórdios do Universo. (vide update de 03/02/2015 abaixo)


Ocorre que há algumas características dos dados que ainda não estão bem explicadas. Além disso, por ter tomado dados em apenas uma frequência e em uma faixa restrita do céu, os dados atuais ainda são insuficientes para reinvindicar uma verificação experimental da teoria de inflação cósmica. É preciso aguardar um pouco mais (a publicação de resultados de outras frequências, por exemplo) para dar o veredito final.

Update (21/04):&nbsp;&nbsp;texto da New Scientist, baseado em um artigo no arXiv, relata&nbsp;que &nbsp;"loops de poeira" presentes no campo de observação do BICEP2 podem estar interferindo com a medida do modo-B de polarização.

A mensagem: até que os dados sejam confirmados (Planck? Keck?) e o sinal apareça em outras faixas de frequência, teorias sobre a origem do modo de polarização vão aflorar.

Update (14/05): Post recente do blog Résonaances&nbsp;(via&nbsp;Science Now) coloca em dúvida o método de subtração do sinal de fundo usado pela equipe do BICEP2. Esse sinal é radiação polarizada emitida por partículas de poeira galática (contribuição de "foreground") que deve ser subtraído para se obter a polarização no "background", supostamente advinda de ondas gravitacionais.

Aparentemente a equipe do BICEP2 usou dados "não oficiais" da colaboração Planck, retirados do&nbsp;pdf de um gráfico&nbsp;apresentado em uma conferência (!!) para estimar o sinal de "foreground" de emissão galática. No entanto, o gráfico teria outras contribuições, que tornariam os dados inadequados (para não falar do método pouco ortodoxo de "compartilhamento" de dados).

Houve o rumor que o pessoal do BICEP2 admitiu o erro, o que eles negam.

Novamente: especulações como essa vão aparecer e dar o que falar até que dados de outros experimentos (Planck, etc.) apareçam.

Update (03/02/2015): É oficial: BICEP2 não detectou ondas gravitacionais. Uma análise conjunta com os dados da colaboração Planck mostra que o sinal detectado pelo BICEP2 se deve, de fato, à poeira galática. 


Essa vai para a história como mais um exemplo de que "descobertas extraordinárias requerem evidências muito, muito fortes". É o método científico em ação.