Dagen als deze maken astrofysicus interessant. Aan de ene kant is er de aankondiging van BICEP2 dat de langverwachte theorie van een inflatoire oerknal eigenlijk waar is. Het is het soort ontdekking dat ervoor zorgt dat je willekeurige mensen van de straat wilt halen en hen wilt vertellen wat een geweldig ding het universum is. Aan de andere kant is dit precies het type moment waarop we kalm moeten zijn en de claims van één onderzoeksteam moeten terugdringen. Laten we dus diep ademhalen en kijken naar wat we weten en wat we niet weten.
Laten we eerst een paar geruchten verdrijven. Dit laatste onderzoek is niet het eerste bewijs van zwaartekrachtsgolven. Het eerste indirecte bewijs voor gravitatiegolven werd gevonden in het orbitale verval van een binaire pulsar door Russell Hulse en Joseph Taylor, waarvoor ze in 1993 de Nobelprijs ontvingen. Dit nieuwe werk is ook niet de eerste ontdekking van polarisatie in de kosmische microgolf achtergrond, of zelfs de eerste waarneming van B-modus polarisatie. Dit nieuwe werk is opwindend omdat het bewijs vindt van een specifieke vorm van B-modus polarisatie als gevolg van oer zwaartekrachtsgolven. Het type zwaartekrachtsgolven dat alleen zou worden veroorzaakt door inflatie tijdens de vroegste momenten van het heelal.
Er moet ook worden opgemerkt dat dit nieuwe werk nog niet door vakgenoten is beoordeeld. Dat zal het zijn, en het zal hoogstwaarschijnlijk doorgaan, maar tot het zover is, moeten we een beetje voorzichtig zijn met de resultaten. Zelfs dan zullen deze resultaten moeten worden geverifieerd door andere experimenten. Gegevens van de Planck-ruimtetelescoop zouden deze resultaten bijvoorbeeld moeten kunnen bevestigen, ervan uitgaande dat ze geldig zijn.
Dat gezegd hebbende, deze nieuwe resultaten zijn echt heel interessant.
Wat het team deed, was analyseren wat bekend staat als B-modus polarisatie binnen de kosmische microgolfachtergrond (CMB). Lichtgolven oscilleren loodrecht op hun bewegingsrichting, vergelijkbaar met de manier waarop watergolven op en neer oscilleren terwijl ze langs het wateroppervlak reizen. Dit betekent dat licht een oriëntatie kan hebben. Voor licht van de CMB heeft deze oriëntatie twee modi, bekend als E en B. De E-modus polarisatie wordt veroorzaakt door temperatuurschommelingen in de CMB, en werd voor het eerst waargenomen in 2002 door de DASI-interferometer.
De B-modus polarisatie kan op twee manieren voorkomen. De eerste manier is te danken aan zwaartekrachtlensing. De eerste is te wijten aan zwaartekrachtlensing van de E-modus. De kosmische microgolfachtergrond die we vandaag zien, heeft meer dan 13 miljard jaar gereisd voordat ze ons bereikte. Tijdens zijn reis is een deel ervan dicht genoeg bij sterrenstelsels en dergelijke gepasseerd om door een zwaartekracht te worden gelensd. Deze zwaartekrachtlensing verdraait de polarisatie een beetje, waardoor een deel ervan een B-modus polarisatie krijgt. Dit type werd voor het eerst waargenomen in juli 2013. De tweede manier is te danken aan zwaartekrachtsgolven uit de vroege inflatieperiode van het heelal. Toen de inflatieperiode optrad, veroorzaakte deze zwaartekrachtgolven op kosmische schaal. Net zoals de zwaartekrachtlensing B-modus polarisatie produceert, produceren deze oerzwaartekrachtgolven een B-modus effect. De ontdekking van primordiale golf B-modus polarisatie is wat vandaag werd aangekondigd.
Inflatie is voorgesteld als reden waarom de kosmische microgolfachtergrond zo uniform is als ze is. We zien kleine fluctuaties in de CMB, maar geen grote warme of koude plekken. Dit betekent dat het vroege heelal klein genoeg moet zijn geweest om de temperatuur te kunnen egaliseren. Maar de CMB is zo uniform dat het waarneembare universum veel kleiner moet zijn geweest dan voorspeld door de oerknal. Als het universum echter tijdens zijn vroege momenten een snelle toename in omvang zou ervaren, zou alles goed komen. Het enige probleem was dat we geen direct bewijs van inflatie hadden.
Ervan uitgaande dat deze nieuwe resultaten standhouden, doen we dat nu. Niet alleen dat, we weten dat de inflatie sterker was dan we hadden verwacht. De sterkte van de zwaartekrachtsgolven wordt gemeten in een waarde die bekend staat als r, waarbij groter sterker is. Er werd gevonden dat r = 0,2, wat veel hoger is dan verwacht. Op basis van eerdere resultaten van de Planck-telescoop werd verwacht dat r <0,11. Er lijkt dus een beetje spanning te zijn met eerdere bevindingen. Er zijn manieren waarop deze spanning kan worden opgelost, maar hoe moet nog worden bepaald.
Dit werk moet dus nog door vakgenoten worden beoordeeld en het moet worden bevestigd door andere experimenten, en dan moet de spanning tussen dit resultaat en eerdere resultaten worden opgelost. Er is nog veel te doen voordat we de inflatie echt begrijpen. Maar over het algemeen is dit echt groot nieuws, mogelijk zelfs een Nobelprijs waard. De resultaten zijn zo sterk dat het vrij duidelijk lijkt dat we direct bewijs hebben van kosmische inflatie, wat een enorme stap voorwaarts is. Voor vandaag hadden we alleen fysiek bewijs van toen het universum ongeveer een tweede jaar oud was, in een tijd dat de nucleosynthese plaatsvond. Met dit nieuwe resultaat kunnen we nu het heelal onderzoeken toen het minder dan 10 biljoen biljoen biljoensten van een seconde oud was.
Dat is best verbazingwekkend als je erover nadenkt.
