21 september 2018

Is ‘t nou afgelopen met BICEP2?

Op 17 maart dit jaar leek het allemaal nog zo rooskleurig: het team natuurkundigen verbonden aan de BICEP2 detector bij het Scott Amundsen station vlakbij de Zuidpool verkondigde die dag op een persconferentie aan dat ze in de kosmische achtergrondstraling, het restant van de straling waarmee het heelal 13,8 miljard jaar geleden bij z’n ontstaan doordrenkt was, een signaal hadden gevonden van zwaartekrachtsgolven, rimpels in het weefsel van de ruimtetijd, die afkomstig waren uit de inflatieperiode van de oerknal. Dat signaal was B-mode polarisatie, de golfpatronen rondom de warme en koele plekken in de achtergrondstraling, hierboven te zien in de kaart die BICEP2 produceerde. Kort na deze bekendmaking kwam er kritiek op de waarnemingen met BICEP2: het signaal zou niet afkomstig kunnen zijn van primordiale zwaartekrachtsgolven, maar van lokaal stof in onze eigen Melkweg.

Credit: Olena Shmahalo/Quanta Magazine

Het BICEP2 team pareerde dit met de publicatie van een peer-reviewed artikel, waarin ze zeiden dat stof de waarnemingen inderdaad zou kunnen hebben beïnvloed, maar ze bleven bij hun stelling dat ze dachten een signaal te hebben gevonden van primordiale zwaartekrachtsgolven. BICEP2 keek bij een frequentie van 150 GHz – radiostraling op de grens tussen infrarood en microgolven – tussen naar een klein stukje aan de zuidelijke hemel. Op basis van voorlopige kaarten van dat gebied gemaakt met de Europese Planck sonde had het BICEP2 team ingeschat dat daar heel weinig storend stof uit de Melkweg moest zijn, dus als ze polarisatie vonden moest dat wel een kosmische oorsprong hebben, géén galactische. Maar het pakte anders uit. Deze week werden de resultaten bekend van metingen die tussen 2009 en 2013 door Planck waren gedaan in maar liefst acht frequenties én van de gehele hemel.

Hierboven zie je de Planck-gegevens, links van de noordelijke hemelpool, rechts de zuidelijke. Voor de liefhebbers hier de resultaten op de ArXiv, maandag worden ze officieel gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics. De resolutie van de kaarten zijn niet bijster hoog, maar het is genoeg om te laten zien dat in het stukje aan de hemel dat BICEP2 (het gekromde trapezium rechts) veel meer stof uit de Melkweg aanwezig was, stof dat volledig de gemeten B-mode polarisatie kon verklaren. Hieronder een andere grafiek, een powerspectrum dat feitelijk hetzelfde laat zien, de doorgetrokken lijn is de BICEP2 meting in de zogeheten multipolen, de gekleurde vlakken zijn de gedeelten die met stof kunnen worden verklaard.

Betekent dit de genadeklap voor BICEP2 en moeten mensen als Alan Guth en Andrei Linde, de bedenkers van de inflatietheorie, nu hun hoop op een Nobelprijs voor de natuurkunde opgeven? Nee, dat betekent het niet. Ten eerste is het zo dat nog steeds de kans bestaat dat een gedeelte van de gemeten B-mode polarisatie ontstaan is door zwaartekrachtsgolven, alleen moet dat een stuk kleiner zijn dan men eerst dacht. Eigenlijk komen de Planck resultaten een boel kosmologen goed uit, want de BICEP2 metingen hadden een hele hoge waarde opgeleverd van de zogenaamde tensor-scalar verhouding r van 0,2, iets wat slecht paste bij allerlei kosmische modellen. Minder sterke zwaartekrachtsgolven met een lagere r zouden veel beter uitkomen, r≈0,11 doet het veel beter bij de bookmakers. Om definitief antwoord te geven op de vraag of in het gemeten stukje aan de hemel niet een klein tikkeltje signaal van primordiale zwaartekrachtsgolven zit hebben de teams van Planck en BICEP2 de handen ineengeslagen om de data tot op de bodem uit te spitten en ze hopen voor het einde van dit jaar antwoord daarop te hebben. Ten tweede laat de stofkaart van Planck zien dat er stukjes aan de hemel zijn, waar de hoeveelheid storend voorgrondstof veel minder is, zoals het stukje tussen het BICEP2-gebied en de zuidelijke hemelpool, aangegeven met de gele pijl:

stof_klein

Als BICEP2 dáár nou eens z’n detectoren op zou richten, dan zou de vervuiling van stof veel minder zijn en zou de kans om daar primordiale zwaartekrachtsgolven te zien groter zijn. Het zou kunnen dat het team van BICEP dat inderdaad gaat doen, maar dat ze daarvoor niet BICEP2 in zetten, maar hun nieuwe ´wapen´, de BICEP3 detector. Werkte BICEP1 (2006) met 98 detectoren, BICEP2 met 512 detectoren, de opvolger BICEP3 krijgt maar liefst 2.560 detectoren. De detector komt gereed in de zuidpoolzomer 2014/205, bij ons is ´t dan winter, en de metingen duren dan tot eind 2016. Maar ja, da´s voor het BICEP2 team gelijk het probleem: de eerder genoemde Planck sonde heeft óók metingen aan polarisatie in de kosmische achtergrondstraling gedaan en de resultaten daarvan worden over twee maanden verwacht. Het zal toch niet zo zijn dat Planck eerst de claim van BICEP2 onderuit haalt en er daarna zelf mee aan de haal gaat? We gaat het zien! 😀 Bron: NRC-Handelsblad 26 september 2014 + Koberlein + Résonaances + Naukas.

Reacties

  1. Dust in the wind…

Laat wat van je horen

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.