20 november 2018

BICEP2/Keck komt met nieuwe limieten voor primordiale zwaartekrachtgolven

Met behulp van de BICEP2/Keck detectoren op het Amundsen-Scott South Pole Station hebben natuurkundigen op grond van waarnemingen aan de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting CMB), het 2,7 K koude restant van de hete oerknal 13,8 miljard jaar terug, nieuwe limieten weten te stellen aan primordiale zwaartekrachtgolven. Dat zwaartekrachtgolven bestaan weten we sinds de ontdekking ervan in 2015 met de LIGO detector. Maar dat betrof stellaire zwaartekrachtgolven, die ontstaan als zwarte gaten of neutronensterren botsen. Primordiale of oer-zwaartekrachtgolven zijn nog hypothetisch, hun bestaan moet nog worden aangetoond. Ze zouden afkomstig zijn van de oerknal zelf, rimpels in de ruimtetijd die ontstaan zouden zijn zeer kort na het ontstaan van het heelal. Met de BICEP2 en Keck detectoren meet men de polarisatie in de CMB, welke veroorzaakt kan worden door een mix van bronnen, lokaal stof in de Melkweg, synchrotronstraling in de Melkweg, zwaartekrachtslenzen van tussenliggende sterrenstelsels en wellicht… de oerknal. Onlangs werden de resultaten bekend gemaakt die met BICEP2 en Keck werden gedaan tot en met 2015.

Voor de resultaten werd gebruik gemaakt van 17 jaar (!) waarnemingen op een frequentie van 150 GHz, 4 jaar op 95 GHz en 2 jaar op 220 GHz. Ook zijn de gegevens van de WMAP en Planck satellieten erbij gebruikt, die waarnamen bij frequenties tussen 23 GHz en 353 GHz. Uit die hele sloot waarnemingen blijkt dat de tensor/scalar verhouding r < 0,062 is (zie kader), veel minder dan de r ≈ 0,2 die BICEP2 in 2014 leek te hebben gemeten.

In het vroege heelal lang lang geleden was er een complexe mix van (hypothetische) primordiale zwaartekrachtgolven in de ruimtetijd, dichtheidsgolven in de (donkere) materie en een heleboel straling van fotonen en neutrino’s. Natuurkundigen stellen die zwaartekrachtsgolven voor als tensoren, omdat ze zowel een richting als sterkte bevatten, de dichtheidsgolven zijn scalars, die alleen een sterkte op een bepaald punt bevatten. De verhouding tussen de tensor van de zwaartekrachtsgolven en de scalar van de dichtheidsgolven wordt r genoemd en die is door het BICEP2/Keck team bepaald op r < 0,062. De verhouding heeft ook sterk verband met de inflatie, die kort na de oerknal optrad, dus ook voor de vele inflatiemodellen (die uitgaan van een exponentiële expansie van het heelal kort na de oerknal) is de bepaling van r van belang.

Het betekent dat de primordiale zwaartekrachtgolven niet gedetecteerd zijn, dat er alleen een limiet is gevonden voor hun sterkte. De BICEP2 detector is inmiddels niet meer werkzaam, maar sinds 2016 is BICEP3 actief, die met maar liefst 2560 gevoelige sensoren bij een frequentie van 95 GHz naar de CMB kijkt. Afwachten of die wellicht een glimp opvangt van de primordiale zwaartekrachtgolven. Bron: Francis Naukas.

Laat wat van je horen

*

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