Disputas: Tone M. Ruud

Studier av kosmisk bakgrunnsstråling (CMB) har dominert observasjonell kosmologi de siste tiårene. Denne svake strålingen består av fotoner som oppsto da Universet var nesten nyfødt, bare ca. 380,000 år etter Big Bang. Ved å kartlegge CMB-fotonene kan vi finne ut hvordan energien og materien i Universet var fordelt på dette tidspunktet. Dette utgjør en uvurderlig informasjonskilde som har gjort at vi nå har et svært detaljert bilde av hva Universet består av, og hvordan det utviklet seg til det vi ser i dag.

 

Den beste modellen vi har for hvordan Universet ble til inkluderer en fase kalt inflasjon, der tidrommet utvidet seg ekstremt raskt over et veldig lite tidsrom, en bitteliten brøkdel av et sekund etter Big Bang. Denne teorien fungerer på mange måter svært godt, men vi har fortsatt ikke direkte bevis på at det har skjedd. Via observasjoner av polarisasjonen til CMB-fotonene håper vi å kunne bøte på dette. Inflasjon, dersom det fant sted, vil nemlig ha forårsaket gravitasjonsbølger, forstyrrelser i tidrommet, i det tidlige Universet. Disse bølgene danner et spesielt mønster, kalt «B-moder», i polarisasjonen til CMB-fotonene. Dersom vi greier å påvise dette mønsteret vil det utgjøre et enormt fremskritt for vår forståelse av Universet.

 

Mange små og store eksperimenter leter etter dette signalet. Denne avhandlingen tar for seg to av dem: QUIET, som observerte fra et fjellplatå i Chile i 2008-2010, og SPIDER, som fløy med værballong rundt Antarktis i 2015. Å trekke informasjon ut fra slike observasjoner er en krevende prosess, både fordi signalet vi ser etter er svært svakt, og fordi det er mange andre kilder, såkalte forgrunner, som stråler på de samme bølgelengdene. I oppgaven går jeg gjennom ulike metoder og resultater fra analysen av observasjonene fra QUIET og SPIDER.

 

Studies of the Cosmic Microwave Background Radiation (CMB) has dominated observational cosmology for the last decades. This faint cosmic glow consists of photons which were released when the Universe was in its infancy, a mere ~380,000 years after the Big Bang. By charting the CMB photons we can learn how the matter and energy in the Universe was distributed at this time. This makes the CMB an invaluable source of information which has allowed us to understand the constituents and history of the Universe to great detail.

Our best model of the formation of the Universe includes a phase called inflation, when spacetime expanded at an extreme rate during just a tiny fraction of the first second after the Big Bang. This theory works remarkably well, but unfortunately we still lack solid evidence for its occurrence. By observing the polarization of the CMB photons we hope to amend this situation: Inflation, if it happened, will have produced gravitational waves, travelling disturbances of spacetime, in the young Universe. These waves form a particular pattern, called “B modes”, in the polarization of the CMB photons. If we manage to detect this pattern, it would be a major breakthrough for our understanding of the cosmos.

 

Many experiments both large and small are searching for this signal. This thesis concerns two of these: QUIET, which observed the sky from a remote mountain location in Chile in 2008-2010, and SPIDER, which circled high above Antarctica in a balloon in 2015. Extracting information from such observations is a challenging task, since the signal we are after is both extremely faint, and may be hidden by other sources, so-called “foregrounds”, emitting at the same wavelengths. In the thesis I go through different methods and results from the analyses of observations made by the QUIET and SPIDER experiments.