Credit: Christine Daniloff, MIT, ESA/Hubble and NASA
In 2012 stelde de bekende natuurkundige Michio Kaku de vraag ‘What put the bang in the Big Bang?‘ – wat bracht de knal in de oerknal? Wetenschappers van het Massachussets Institute of Technology (MIT) lijken die vraag nu beantwoord te hebben. Al sinds Alan Guth in 1979 aankwam met de theorie van de inflatie denken sterrenkundigen dat het verloop van de oerknal als volgt ging: eerst was er het moment van de singulariteit, waar niets over bekend is, alleen dat toen de tijd begon (t=0) en de ruimte ontstond. Vervolgens begon ergens tussen 10^-33 en 10^-32 seconden later de kosmische inflatie, waarbij het heelal exponentieel ging uitdijen. Het heelal was aan het begin zo groot als honderd miljardste van een proton. De periode van inflatie duurde slechts 10^-36 seconden, gedurende welke hij 10^26 keer zo groot werd, en hij begon met iets wat men superkoeling noemt, waarbij de temperatuur van de materie met een factor 100.000 afnam (van 10^27 K tot 10^22 K). De MIT-onderzoekers, die onder leiding stonden van David Kaiser, hebben nu met behulp van simulaties ontdekt dat de inflatieperiode eindigt met een opwarming (‘reheating’ noemen ze het), waarbij de temperatuur dankzij kwantum-effecten van de zwaartekracht weer stijgt tot die van de pre-inflatieperiode. En als de inflatieperiode eindigt begint de oerknal zoals wij die kennen, de uitdijende ultrahete soep van elementaire deeltjes en straling. Volgens Kaiser en z’n collega’s begon de opwarming met resonanties, die door de materie heen gingen en voor een golf van nieuwe deeltjes zorgden. Bij hun simulaties pasten de onderzoekers niet de zwaartekracht volgens Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie (ART) toe, maar een aangepaste versie, waarin ook kwantumeffecten worden meegenomen. In de ART wordt de zwaartekracht gezien als een constante factor met een zogeheten ‘minimale koppeling’, dat wil zeggen dat hoeveel energie een deeltje ook bezit, de zwaartekracht er altijd met dezelfde kracht op werkt. In de extreme omstandigheden van de inflatieperiode werkte de zwaartekracht anders, had ‘ie een nonminimale koppeling, waarbij de zwaartekracht kan variëren in ruimte en tijd. Dankzij deze kwantum-effecten van de zwaartekracht kon de opwarming in een periode van 2 tot 3 e-folds plaatsvinden, da’s de term die men hanteert voor de periode dat het heelal drie keer zo groot wordt – de gehele inflatieperiode duurde 60 e-folds. Hier het vakartikel over de opwarming gedurende de inflatieperiode, gisteren verschenen in Physical Review Letters. Bron: MIT.
