28 januari 2021

Polarisatie CMB wijst op kwintessens als donkere energie

De CMB, waargenomen door Planck. (Credit: ESA/Planck)

Vorige week bracht ik hier het nieuws van twee sterrenkundigen (Yuto Minami en Eiichiro Komatsu), die in de Planck gegevens van de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: CMB) polarisatie van de fotonen hadden gezien. Op grond daarvan meent het tweetal in de CMB schending van de pariteit symmetrie te zien – lees mijn blog voor de details. Maar er is nog meer aan de hand. Het lijkt er namelijk op dat de analyse van Minami en Komatsu nog een ander konijn uit de hoed tovert, namelijk dat de donkere energie niet bestaat uit de kosmologische constante, maar uit kwintessens.

Sinds in 1998 twee onafhankelijke teams van sterrenkundigen met behulp van type Ia supernovae ontdekten dat het heelal versneld uitdijt heeft men zich het hoofd gebroken over de vraag wat deze versnelling precies veroorzaakt. De kracht die de versnelling veroorzaakt wordt de donkere energie genoemd. De grote vraag is natuurlijk wat donkere energie precies is. Daar zijn afgelopen twee decennia talloze theorieën voor bedacht, zoals de Kosmologische Constante Lambda (eigenlijk een idee van Einstein) en… kwintessens.

Wat veroorzaakt precies de versnelde uitdijing van het heelal? Credit: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI).

Met de kosmologische constante Lambda als donkere energie is die energie ook echt constant, naar schatting zo’n 7×10-³ºg/cm³. Het is een afstotende energie (zie deze blog daarover) en het zou gaan om een intrinsieke eigenschap van de ruimte, een soort vacuümenergie. Het andere model zegt dat donkere energie niet constant is, maar dat het in de loop van de evolutie van het heelal langzaam, maar gestaag verandert – het model van de zogeheten kwintessens (Engels: quintessence), genoemd naar wat de Grieken in de oudheid het vijfde element noemden, waar ze de ether mee bedoelden. In tegenstelling tot de kosmologische constante zou kwintessens een ‘tastbaar’ medium zijn en zou z’n sterkte met de tijd kunnen fluctueren. Kwintessens zou qua eigenschappen zitten ergens tussen materie en de kosmologische constante – best of both worlds? In 1998 – het jaar van de ontdekking van donkere energie – kwam de natuurkundige en publicist Sean Carroll met een experimentele test om het bestaan van kwintessens aan te tonen: middels polarisatie van het licht van de fotonen in de CMB zou je dat kunnen doen. Zo’n polarisatie betekent dat de lichtgolven een bepaalde voorkeursrichting hebben en geen willekeurige richting.

Polarisatie in het licht van de CMB. Credit: ESA and the Planck Collaboration

En da’s nou precies wat Minami en Komatsu gevonden denken te hebben: een bepaalde polarisatie in de CMB, die wijst op kwintessens als donkere energie. Hun analyse van de Planck gegevens, waar ze een nieuwe techniek voor ontwikkeld hebben, willen ze nu ook gaan toepassen op de gegevens van de Atacama Cosmology Telescope (ACT) in Chili, die ook de CMB heeft bestudeerd. De analyse van de CMB gegevens heeft een statistische betrouwbaarheid van 2,5sigma, da’s te mager om daar echt enthousiast over te zijn. Als de ACT-analyse dezelfde uitkomsten oplevert zijn we een belangrijke stap verder en kunnen we wel enthousiast worden! Kwintessens als donkere energie zou bijvoorbeeld kunnen betekenen dat de Hubble spanning van de expansiesnelheid van het heelal kan worden opgelost. Hier het vakartikel over de waarneming van de polarisatie in de CMB, 23 november verschenen in the Physical Review Letters. Bron: Nature.

Speak Your Mind

*

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