La presenza di un campo magnetico (o magnetizzazione) è una caratteristica condivisa dalle strutture cosmiche a qualsiasi scala. I pianeti, le stelle, le galassie, gli ammassi e i super ammassi di galassie nonché i filamenti di gas che connettono strutture simili tra loro appaiono corredati da un campo magnetico. Un paradigma largamente accettato prevede che l'evoluzione di questi campi sia direttamente connessa alla formazione delle strutture stesse attraverso il collasso gravitazionale : un debole campo "seme" è amplificato per effetto dinamo e dalla conservazione del flusso magnetico durante il collasso. L'origine e l'ampiezza iniziale del campo "seme" costituiscono tuttavia il problema principale nelle teorie che cercano di spiegare la magnetogenesi. Tra le possibili magnetogenesi alcune prevedono che il campo sia generato durante l'inflazione e sopravviva poi inalterato fino all'epoca di formazione delle strutture. Inoltre questi modelli prevedono che il campo magnetico sia sorgente di modi tensoriali (onde gravitazionali) del tutto identici a quelle previsti dai modelli inflazionari standard (non magnetici).
In vista di esperimenti futuri per l'esplorazione del fondo cosmico a microonde volti principalmente alla misurazione dei modi di polarizzazione è indispensabile comprendere quali potranno ricostruire efficacemente gli spettri delle due specie in modo da poter distinguere il contributo dei modi tensoriali inflazionari da quelli magnetici.
Il presente progetto si occuperà proprio di discriminare quali tra le missioni future potrà vincolare efficacemente i due spettri utilizzando una combinazione di dataset simulanti le caratteristiche degli strumenti futuri e dataset reali di esperimenti passati e analizzando lo spazio dei parametri cosmologici attraverso metodi di ottimizzazione statistica.
L'utilizzo delle catene MCMC nello studio dei parametri cosmologici è stato applicato molteplici volte sia per lo studio di modelli alternativi al modello cosmologico standard (Kim JCAP (2011) 04 ; Giannantonio et al. JCAP (2010) 1004), sia per forecast in vista di esperimenti futuri (Rubino-Martin MNRAS (2010) 403 (1) ; Burigana et al. AP. J. (2010) 724). Inoltre, è stato utilizzato in collaborazioni di grandi dimensioni come WMAP e Planck per l'elaborazione dei dati e la marginalizzazione dei parametri cosmologici (WMAP 9-years (2013) ApJS 208 ; Planck Intermediate XXX A&A (2016) 586). Recentemente il rinnovato interesse per i campi magnetici cosmologici ha portato ad applicare questa tecnica anche per imporre dei vincoli sui PMF descrivendo lo spettro di potenza associato con un modello a tre parametri (ampiezza, indice spettrale ed epoca cosmologica di generazione del campo magnetico) e sommandolo al modello cosmologico standard (Zucca et al. Phys. Rev. D (2017) 95 ; Shaw & Lewis Phys. Rev. D (2012) 86 ; Planck 2015 XIX A&A (2016) 594). Questo ne fa un metodo di comprovata affidabilità e robustezza. Il presente studio non potrà che confutarlo positivamente andando a costituire una ulteriore prova della potenza delle catene MCMC nell'analisi dei parametri cosmologici.
Come detto in precedenza, è obbiettivo del progetto comprendere quali esperimenti tra quelli futuri saranno in grado di distinguere uno spettro prodotto da un campo magnetico, da uno prodotto da onde gravitazionali primordiali utilizzando una combinazione tra dati simulati di esperimenti futuri e dati attuali.
L'importanza di studiare questa caratteristica dello spettro di polarizzazione risiede nella possibilità che un campo magnetico prodotto durante l'inflazione sia sorgente di onde gravitazionali (modi tensoriali) e che esse producono un segnale del tutto identico a quello generato da onde gravitazionali primordiali (Lewis Phys.Rev. D (2004) 70 ; Maartens et al. Phys.Rev. D (2001) 63). Nonostante questo in linea di principio è possibile rompere la degenerazione tra le due specie. Infatti, l'ampiezza del campo magnetico è fortemente limitata dai vincoli sulla non-gaussianità delle perturbazioni primordiali (il cosiddetto trispettro) e dai vincoli sulla nucleosintesi primordiale. Tuttavia, i vincoli imposti sono sensibili al meccanismo con cui viene generato il campo poiché esso influisce direttamente sul valore dell'indice spettrale con cui è modellato lo spettro di potenza magnetico ed questo non può che essere vincolato attraverso una misura diretta dei modi B dove lo spettro magnetico ha un'ampiezza significativa. Lo spettro magnetico infatti non è accoppiato agli spettri di anisotropia primaria ed evolve indipendentemente dagli altri parametri del modello contrariamente all'ampiezza dei modi tensoriali che invece dipende da questi. Analogamente allo spettro magnetico inoltre i modi tensoriali inflazionari hanno un ampiezza significativa solo nei modi B.
Vista l'importanza che la misurazione dei modi B rappresenta nel campo della cosmologia moderna e data la possibilità che esista una contaminazione significativa tra lo spettro magnetico e quello tensoriale inflazionario, è di estrema importanza comprendere quali missioni future saranno in grado di risolvere efficientemente questa degenerazione. Riuscire a distinguere efficientemente i due spettri permetterebbe di fissare definitivamente il valore dell'ampiezza dei modi inflazionari e dall'altro di "buttare via" molti dei modelli proposti per la magnetogenesi cosmologica. Infatti, la misura di un segnale a grande scala dovuto al campo magnetico nello spettro di polarizzazione porterebbe a sfavorire modelli che prevedono campi magnetici prodotti da transizioni di fase poiché questi prevedono che esibiscono modi tensoriali di ampiezza trascurabile. L'avanzamento che il presente progetto si propone di produrre nell'ambito dello studio delle anisotropie del fondo cosmico a microonde è proprio comprendere quali informazioni le prossime missioni sulla CMB potranno estrarre su campi magnetici e onde gravitazionali inflazionarie utilizzando combinazioni di simulazioni di misure future e dati reali. Inoltre sarà possibile individuare quali fra le possibili combinazioni avrà il maggior potere risolutivo rispetto allo spazio di parametri simulato ed eventualmente alcune di queste potrebbero dare dei valori definitivi per tutti o alcuni dei parametri cosmologici a cui ci interesseremo ovvero l'ampiezza delle perturbazioni tensoriali inflazionarie e i tre parametri descriventi lo spettro magnetico.