Een nieuw gedetailleerd beeld van het kinderuniversum, waar rood warme plekken aangeeft en blauw voor de koelere gebieden. Afbeelding tegoed: NASA / WMAP Klik om te vergroten
Wetenschappers hebben nieuw bewijs verzameld dat de inflatoire expansietheorie ondersteunt dankzij nieuwe gegevens van NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Het ruimtevaartuig heeft continu de kosmische achtergrondstraling waargenomen; de nagloed van de Big Bang. Deze laatste waarnemingen leverden een kaart van de hemel op die zo gedetailleerd was dat wetenschappers konden nagaan hoe microscopische fluctuaties in het oeruniversum werden vergroot in een triljoenste seconde van snelle expansie om de sterren en sterrenstelsels te creëren die we vandaag zien.
Wetenschappers die naar het oudste licht in het universum turen, hebben nieuw bewijs om het concept van inflatie te ondersteunen. Het concept stelt dat het universum aan het begin van de oerknal vele biljoenen keer zijn omvang heeft uitgebreid in minder dan een biljoenste seconde.
Deze bevinding, gemaakt met NASA's Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), is gebaseerd op drie jaar continue observaties van de kosmische microgolfachtergrond (CMB), het nagloeiende licht dat werd geproduceerd toen het universum minder dan een miljoen jaar oud was.
WMAP-polarisatiegegevens stellen wetenschappers in staat om voor het eerst onderscheid te maken tussen concurrerende inflatiemodellen. Dit is een mijlpaal in de kosmologie. "We kunnen nu onderscheid maken tussen verschillende versies van wat er gebeurde binnen de eerste biljoenste seconde van het heelal", zei WMAP hoofdonderzoeker Charles Bennett van de Johns Hopkins University in Baltimore. "Hoe langer WMAP waarneemt, hoe meer het onthult over hoe ons universum groeide van microscopische kwantumfluctuaties tot de uitgestrekte uitgestrekte sterren en sterrenstelsels die we vandaag zien."
Eerdere WMAP-resultaten waren gericht op de temperatuurschommelingen van dit licht, wat een nauwkeurige ouderdom van het universum en inzicht in de geometrie en samenstelling ervan opleverde. De nieuwe WMAP-waarnemingen geven niet alleen een meer gedetailleerde temperatuurkaart, maar ook de eerste full-sky kaart van de polarisatie van de CMB. Deze grote doorbraak zal wetenschappers in staat stellen veel dieper inzicht te krijgen in wat er gebeurde binnen de eerste biljoenste seconde van het heelal. De WMAP-resultaten zijn ingediend bij het Astrophysical Journal en zijn geplaatst op
http://wmap.gsfc.nasa.gov/results
Oerknalfysica beschrijft hoe materie en energie zich de afgelopen 13,7 miljard jaar hebben ontwikkeld. WMAP's observatie van de deken van koele microgolfstraling die het universum doordringt, toont patronen die de zaden markeren van wat uitgroeide tot sterren en sterrenstelsels. De patronen zijn kleine temperatuurverschillen binnen dit buitengewoon uniforme licht. WMAP detecteert temperatuurschommelingen op niveaus die fijner zijn dan een miljoenste graad.
WMAP kan functies in de kosmische microgolfachtergrond oplossen op basis van polarisatie of de manier waarop licht wordt veranderd door de omgeving waar het doorheen gaat. Zo wordt zonlicht dat weerkaatst op een glanzend object gepolariseerd. Door de helderheid van brede functies te vergelijken met compacte functies op de achtergrond van de magnetron of nagloeiend licht, wordt het verhaal van het kinderuniversum verteld. Een lang bestaande voorspelling was dat de helderheid hetzelfde zou zijn voor functies van alle formaten. In tegenstelling hiermee voorspellen de eenvoudigste versies van inflatie dat de relatieve helderheid afneemt naarmate de functies kleiner worden, een trend die te zien is in de nieuwe gegevens.
"Dit is een gloednieuw gebied", aldus Lyman-lid van het WMAP-team van Princeton University in Princeton, N.J. "De polarisatiegegevens zullen sterker worden naarmate WMAP de achtergrond van de magnetron blijft observeren. De nieuwe resultaten van WMAP verhogen de urgentie om het zwaartekrachtsgolf-teken van de inflatie op te zoeken. Als er in toekomstige metingen zwaartekrachtsgolven worden gezien, zou dat een solide bewijs zijn voor inflatie. ”
Met een rijkere temperatuurkaart en de nieuwe polarisatiekaart geven WMAP-gegevens de voorkeur aan de eenvoudigste versies van inflatie. Over het algemeen stelt inflatie dat, aan het begin van de oerknal, kwantumfluctuaties - kortstondige energie-uitbarstingen op subatomair niveau - door de snelle inflatoire expansie werden omgezet in materieschommelingen waardoor uiteindelijk sterren en sterrenstelsels konden ontstaan. De eenvoudigste versies van inflatie voorspellen dat de grootste fluctuaties ook de sterkste zullen zijn. De nieuwe resultaten van WMAP geven de voorkeur aan deze handtekening.
De inflatietheorie voorspelt dat dezezelfde fluctuaties ook primordiale zwaartekrachtgolven veroorzaakten waarvan de vervorming van de ruimtetijd een signatuur achterlaat in de CMB-polarisatie. Dit zal een belangrijk doel zijn van toekomstige CMB-metingen die, indien gevonden, een verbluffende bevestiging van de inflatie zouden opleveren.
"Inflatie was een geweldig concept toen het 25 jaar geleden voor het eerst werd voorgesteld, en nu kunnen we het ondersteunen met echte gegevens", zegt WMAP-teamlid Gary Hinshaw van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Md.
WMAP, een samenwerking tussen Goddard en Princeton, werd gelanceerd op 30 juni 2001. Het WMAP-team bestaat uit onderzoekers van Amerikaanse en Canadese universiteiten en instituten. Ga voor afbeeldingen en informatie op het web over WMAP naar:
http://www.nasa.gov/vision/universe/wmap_pol.html
Oorspronkelijke bron: NASA News Release
