B-mode polarisatie in kosmische achtergrondstraling gezien door POLARBEAR

De meer dan 70 sterrenkundigen onder leiding van Adrian Lee, verbonden aan het POLARBEAR-experiment op het 5000 meter hoog gelegen Chajnantor-plateau in de Atacamawoestijn in Chili, hebben in de kosmische microgolf-achtergrondstraling, het tot 2,7 Kelvin afgekoelde restant van de hete straling uit de oerknal van het heelal, patronen ontdekt die B-mode polarisatie zijn. Mmmmm, B-mode polarisatie in de kosmische achtergrondstraling, hebben we dat niet eerder gehoord dit jaar? Yep, helemaal juist. Half maart kwam het BICEP2-team van de gelijknamige detector op de Zuidpool ook met de mededeling dat ze B-mode polarisatie hadden gevonden in de CMB, de Cosmic Microwave Background, zoals de Engelsen die straling noemen. Alleen had het BICEP2-team er nog een belangrijke conclusie aan verbonden: de gevonden B-mode polarisatie wordt veroorzaakt door primordiale zwaartekrachtsgolven, die afkomstig zijn uit de zeer kortstondige inflatieperiode tijdens de oerknal.

Vorige maand bleek echter uit metingen met de Planck satelliet dat alle polarisatie die BICEP2 had gezien in het zuidelijke stukje hemel dat met deze detector was waargenomen kon worden verklaard door lokaal stof in de Melkweg. Je snapt dat ze bij POLARBEAR geleerd hebben van deze blamage en dat ze een stuk voorzichtiger zijn geworden met het trekken van conclusies. Ze hebben B-mode polarisatie gezien en wel in drie kleine stukjes aan de hemel, welke je hieronder ziet aangegeven in een 853 GHz kaart van Planck.

Lokaal stof kan het volgens het team niet zijn, want deze drie stukjes hemel zijn echt schoon, terwijl dat stukje dat BICEP2 onderzocht vervuild was met lokaal stof. De vervormingen zijn zo klein – de gemeten resolutie is zo’n 3 boogminuten, een tiende van de diameter van de volle maan, dat het POLARBEAR ook daarom stof als oorzaak uitsluit, omdat stof grotere vervormingen geeft. Hieronder het gemeten power spectrum van de CMB van POLARBEAR, inclusief de BICEP2 metingen.

Je ziet aan deze grafiek dat ze vooral in de hoge multipolen hebben gekeken, gelegen tussen 500 en 2100. En de aan inflatie gerelateerde polarisatie zit rond ˜90 en dáár heeft men niet gekeken. Het POLARBEAR team weet in ieder geval zeker (voor 97,5% om precies te zijn, ˜2sigma) dat de B-mode polarisatie  komt door zwaartekrachtslenzen, dat zijn verbuigingen die ontstaan in de CMB door de zwaartekrachtsinvloed van zware clusters van sterrenstelsels, ná het moment van de laatste verstrooiing van de fotonen in de CMB, 380.000 jaar na de oerknal. Kam Arnold, één van de onderzoekers van POLARBEAR, denkt dat er een kosmische en geen galactische oorsprong is en dat met verdere metingen ook meer kan worden gezegd over donkere materie en energie in het heelal én men hoopt er ook de massa van het neutrino mee te kunnen bepalen. We wachten het met spanning af. Hier het wetenschappelijke artikel over de metingen aan de CMB door POLARBEAR. Bron: UC San Diego.

[Update] Ik had in deze blog in eerste instantie vermeld dat het POLARBEAR niet uitging van zwaartekrachtslenzen als oorzaak van de gemeten B-mode polarisatie, maar dat bleek na lezing van enkele andere blogs juist WEL het geval te zijn. Oorzaak voor mijn verwarring was deze ietwat cryptisch omschreven formulering door het POLARBEAR-team: “The measurement rejects the possibility of zero B-mode power from gravitational lensing at 97.5% confidence