Credit: Dark Energy Survey/DOE/FNAL/DECam/CTIO/NOIRLab/NSF/AURA
De kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engels: cosmic microwave-background, CMB) is het restant van de straling van kort na de oerknal. Die CMB, zoals de Engelse afkorting luidt, werd al in 1964 ontdekt en is sindsdien vele malen nauwkeurig bestudeerd, onder andere door ruimtetelescopen zoals COBE, WMAP en Planck. Maar de onderzoeken gaan nog steeds door en komende jaren gaan enkele nieuwe detectoren aan de slag om de straling, die ons meer kan vertellen over de oerknal waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond, nog verder te bestuderen. Zo willen de Japanners de LiteBIRD satelliet lanceren en de Amerikanen zijn bezig met de bouw van de CMB Stage 4 (CMB-S4) observatoria op de Zuidpool, allemaal specifieke uiterst gevoelige CMB-detectoren. Recent hebben sterrenkundigen van de Université Catholique de Louvain gekeken naar de mogelijkheden van die nieuwe generatie detectoren en zij denken dat ze er zogeheten primordiale zwaartekrachtgolven mee kunnen detecteren en dat ze daarmee meer te weten kunnen komen over de relatie tussen de kosmische inflatie en de elementaire deeltjes zoals wij die kennen. Die inflatie was een – vooralsnog hypothetische – korte periode waarin het heelal exponentieel groeide en de energie voor die versnelde expansie kwam van het – net zo hypothetische- inflatonveld en het daarmee verbonden inflatondeeltje.
Afbeelding die de kenniswinst laat zien over de inflatonkoppeling (y) en de begintemperatuur van de oerknal (Treh) welke met de verschillende experimenten kunnen worden verkregen. Credit: Drewes & Ming, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.133.031001
De elementaire deeltjes en de krachten daartussen worden beschreven door het Standaardmodel (SM), dat stamt uit de jaren zeventig. Bekend is dat SM niet het volledige verhaal van de deeltjes verteld, want zaken als donkere energie en donkere materie én de zwaartekracht ontbreken in SM. Er moet dus meer zijn en mogelijk vertelt de oerknal ons daar meer over. De kosmische inflatie, die in 1979 voor het eerst werd voorgesteld, zou zorgdragen voor de globale homogeniteit die in het heelal op grote schaal wordt waargenomen. Door de inflatie zou de hete plasma waaruit het heelal bestond zijn afgekoeld en pas na de inflatiefase – die maar zééér kort duurde – zou sprake zijn van de klassieke hete oerknal zoals wij die kennen. Men noemt dat ook wel de kosmische opwarming. Marco Drewes en Lei Ming denken dat de toekomstige CMB-detectoren die kosmische opwarming kunnen bespeuren in de CMB. De opwarming zou het gevolg zijn van de interactie tussen het inflatonveld en de bekende elementaire deeltjes, zoals quarks, fotonen en elektronen, en hoe sterk die interactie is hangt weer af van de zogeheten koppelingsconstante van het inflatonveld. CMB-S4 en LiteBIRD zouden de sterkte van die constante moeten kunnen meten. EUCLID, die nu al waarnemingen doet, en de toekomstige SKA radiotelescoop zouden er ook bijdragen aan kunnen leveren.
Meer hierover kan je lezen in het vakartikel van Marco Drewes et al, Connecting Cosmic Inflation to Particle Physics with LiteBIRD, CMB-S4, EUCLID, and SKA, Physical Review Letters (2024).
Bron: Phys.org.
Speak Your Mind