Loop kwantumzwaartekracht kan problemen met waarnemingen aan de CMB oplossen

Een kosmische tango tussen het allerkleinste en het allergrootste. Credit: Dani Zemba, Penn State

Dat er vraagtekens worden gezet bij het huidige LCDM-model van het heelal is al lang bekend, zie de al lang lopende discussie rondom de Hubble-spanning en de recente waarnemingen van de Kilo-Degree Survey. Dat model bevat twee ingrediënten, waarvan de sterrenkundigen wel indirect bewijs hebben voor hun bestaan, maar nog nooit directe detectie ervan hebben gezien: donkere energie (Lambda, Λ) en donkere materie (Cold Dark Matter). De vraagtekens hebben betrekking op de spanning die er is tussen de voorspellingen die op basis van het LCDM-model worden gedaan en de waarnemingen aan de CMB (Cosmic Microwave Background), de kosmische microgolf-achtergrondstraling, waar o.a. de Planck satelliet onderzoek naar heeft gedaan. Onlangs kwamen Abhay Ashtekar (Penn State Institute for Gravitation and the Cosmos) en z’n collega’s met dit vakartikel, waarin ze betogen dat de geschetste problemen opgelost kunnen worden als de hulp wordt ingeschakeld van de zogeheten Loop kwantumzwaartekracht (Engels: LQG, loop quantum gravity). In de CMB zijn minieme temperatuursverschillen te zien, wijzend op verschillende dichtheden in de materie in het heelal, 380.000 jaar na de oerknal, die veroorzaakt zijn door kwantum-fluctuaties in het allervroegste deel van de oerknal, die 13,8 miljard jaar geleden plaatsvond. Volgens het inflatiemodel (een soort van uitbreiding op het LCDM-model) groeiden die kwantum-fluctuaties door de exponentiële groeifase tijdens de inflatie uit tot de waargenomen verschillen in dichtheden en later groeiden de dichtste gebieden in de materie uit tot (super-)clusters van sterrenstelsels – een ‘kosmische tango’ tussen het allerkleinste en allergrootste (zie afbeelding hierboven).

Credit: Alan Stonebraker. P. Singh, Physics 5, 142 (2012); APS/A. Stonebraker

Ashtekar en z’n collega’s zeggen dat ook hun model de waargenomen verdeling van dichtheden in de CMB kan verklaren én dat ze ook de anomalieën die er zijn kunnen verklaren. Het LCG-model gaat er van uit dat de ruimte geen glad continuum is, maar dat het discreet is, opgebouwd uit zeer kleine, ééndimensionale draadjes, kwantumdraadjes (zie afbeelding hieronder).

©_Daniela_Leitner_Markus_Poessel_Einstein-Online

Volgens het model is er geen singulariteit in de oerknal geweest, maar is er sprake van een ‘big bounce’, een stuiter van een imploderend vorig heelal in het huidige, expanderende heelal (zie afbeelding hierboven). Om hun model te toetsen doen de onderzoekers voorspellingen aan de CMB. Met de huidige instrumenten kunnen die voorspellingen niet geverifieerd worden, maar ze denken dat het met toekomstige missies LiteBird en de Cosmic Origins Explorer wel mogelijk moet zijn. Eh… over de big bounce gesproken: geheel onafhankelijk van Ashtekar en z’n groep kwamen onlangs Anna Ijjas en Paul Steinhardt aan met een artikel, waarin ze een nieuw model voor een cyclisch heelal presenteren. Ook zij gaan uit van een bounce van het heelal, als deze implodeert en een bepaalde kritische dichtheid bereikt. Zie dit artikel voor meer info daarover. Bron: Phys.org.

Gerelateerde Astroblogs:

AzTECC71 ‘spookachtig’ sterrenstelsel doemt op uit het vroegste heelal Nieuwe natuurkunde in het lokale heelal kan de Hubble spanning niet oplossen Uitdijingssnelheid heelal gemeten met vernieuwde camera van de South Pole Telescope