Mogelijk heeft NANOGrav een signaal van de inflatie uit het vroege heelal opgevangen

Credit: ASTRON/Danielle Futselaar.

In juni dit jaar werd bekendgemaakt dat sterrenkundigen aanwijzingen hadden gevonden voor de detectie van ultra-laagfrequente zwaartekrachtgolven, die waarschijnlijk afkomstig waren van paren van superzware zwarte gaten in het midden van samensmeltende sterrenstelsels, zwaartekrachtgolven die bij elkaar een zogeheten ‘stochastische zwaartekrachtgolfachtergrond’ vormen. Die aanwijzingen waren gevonden door diverse teams van onderzoekers die de detectie deden met behulp van zogeheten Pulsar Timing Array’s (PTA’s). In totaal waren er vijf verschillende teams bij betrokken, allemaal met hun eigen PTA, waarbij afgelopen 25 jaar in totaal 67 pulsars in het heelal voortdurend nauwkeurig werden ‘geklokt’. Eén daarvan was het North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves (NANOGrav), dat gedurende 15 jaar naar pulsars heeft gekeken. Chinese sterrenkundigen hebben de NG15-gegevens van de door NANOGrav waargenomen ‘stochastic gravitational wave background’ (SGWB) geanalyseerd en de uitkomst is dat ze niet denken dat botsende paren van superzware zwarte gaten de bron van de achtergrond zijn, maar zwaartekrachtgolven afkomstig uit de inflatieperiode van het allervroegste heelal.

Credit: P.S. Cole.

Zeer kort na de oerknal (13,8 miljard jaar terug) vond er volgens sterrenkundigen een zeer kortdurende periode van inflatie plaats, waarbij het heelal exponentieel groeide. Er zijn verschillende inflatiemodellen, maar volgens Bo Mu en zijn collega’s van de Chinese Academy of Sciences zou het model van de zogeheten ‘ultra-slow-roll’ (USR) inflatie zeer goed passen bij de gegevens verzamelt met NANOGrav, beter dan de botsende paren van superzware zwarte gaten doen. In dat model – een variant van de oudere ‘slow roll inflatie’ – vind inflatie plaats door een scalair veld dat van een potentiële energieheuvel naar beneden rolt, in plaats van uit een valse vacuümtoestand te tunnelen, zoals de klassieke inflatie van Alan Guth veronderstelde. Wanneer het veld langzaam rolt (slow-roll) of héél langzaam rolt (ultra slow-roll) vergeleken met de uitdijing van het heelal, vindt er inflatie plaats. Wanneer de heuvel echter steiler wordt, stopt het opblazen en kan er opnieuw opwarming plaatsvinden (zie de illustratie hierboven). Resultaat van de USR inflatie is dat er klompen van materie ontstaan, die zwaartekrachtgolven genereren en waarvan het signaal te vinden is in de NG15-gegevens. En het zou ook beter zijn dan een andere verklaring die voor de bronnen van de SGWB is geopperd, namelijk een ‘bubble collision of the cosmological phase transition.’

Meer informatie over de inflatie als bron voor de stochastische achtergrond van zwaartekrachtgolven vind je in het vakartikel van Bo Mu et al, Constraints on ultra-slow-roll inflation with the NANOGrav 15-Year Dataset, arXiv (2023).

Bron: Phys.org.

Gerelateerde Astroblogs:

Pulsar-klokken openen nieuw venster op zwaartekrachtgolven De 18 vakartikelen over de mogelijke ontdekking van de ‘stochastische zwaartegolfachtergrond’ Derde catalogus van gammapulsars is verschenen met daarin bijna 300 nieuwe gammapulsars