Jan, Daniela, Joe Taylor en ik (credit foto: Theo Dekkers).
Anderhalf jaar geleden ontmoette ik in Leiden Brian Schmidt, de Amerikaans-Australische sterrenkundige die in 1998 de versnelde uitdijing van het heelal had ontdekt en die daarvoor in 2011 samen met Adam Riess en Saul Perlmutter de Nobelprijs voor de Natuurwetenschappen voor kreeg. Dat korte, maar boeiende en oh zo indrukwekkende praatje met een Nobelprijswinnaar leverde toen Schmidt z’n handtekening op, gezet op de voorpagina van het artikel dat zijn ontdekking beschreef. Gisteren ontmoette ik weer een Nobelprijswinnaar, de Amerikaanse sterrenkundige Joseph Taylor, die in 1974 op indirecte wijze zwaartekrachtsgolven had ontdekt en die daar in 1993 samen met Russel Hulse de Nobelprijs mee won. Ik had voor de gelegenheid het artikel van Hulse en Taylor uit 1975 over de ontdekking van PSR B1913+16 meegenomen en op mijn verzoek heeft ‘ie daar zijn handtekening op gezet. 😀
Dat maakt dus #2 in mijn nieuwe verzameling – ahum – van handtekeningen van Nobelprijswinnaars. Hoe ver zal ik komen, hahaha…. Los van handtekeningen bleek Taylor een zeer aardige man te zijn, die open stond voor een praatje met iedereen en die vertelde zeer te genieten van hetgeen daar in dat rustieke Drentse Dwingeloo allemaal gebeurde. Persoonlijk had hij nooit gewerkt met de Dwingeloo radiotelescoop, zijn ‘instrumenten’ waren vooral de Arecibo telescoop en de Green Bank Telescoop in West Viginia in de Verenigde Staten. Naast zijn professionele werkzaamheden met de radiosterrenkunde was en is Joe Taylor ook een fervent radioamateur – zijn call sign K1JT is bekend bij alle radioamateurs over de gehele wereld – en dat hij ook mede heeft bijgedragen aan de techniek van het moonbouncen. Dat was in oorsprong een ding van de Cold War, maar Taylor vertelde dat toen de Amerikanen zagen wat het allemaal ging kosten om de maan permanent als communicatiemiddel te gebruiken ze er er toch maar vanaf zagen. Tenslotte had ik het ook nog even met hem over de recente ontdekking van de primordiale zwaartekrachtsgolven in de kosmische microgolf-achtergrondstraling, een ontdekking die vaak wordt vergeleken met ‘zijn’ ontdekking van stellaire zwaartekrachtsgolven, veertig jaar eerder. Die ontwikkelingen volgt hij nog op de voet, zo vertelde hij. Tenslotte nog even een foto die Marieke Baan (NOVA) van mij, Joe Taylor en Govert Schilling maakte.
Albert Einstein was degene die in 1916 op basis van zijn Algemene Relativiteitstheorie als eerste het bestaan opperde van zwaartekrachts- of gravitatiegolven,
Precies een week geleden maakte het Amerikaanse wetenschappelijke team van de BICEP2 detector op de zuidpool bekend dat ze in de kosmische microgolf-achtergrondstraling zogenaamde B-mode polarisatie hebben ontdekt, welke veroorzaakt is door primordiale zwaartekrachtsgolven vanuit de inflatieperiode van de oerknal. Sindsdien hebben we jullie hier op de Astroblogs bestookt met allerlei blogs over de ontdekking en over diverse aspecten ervan, inclusief infografieken om het te verduidelijken. Ik snap dat het ondertussen zo’n beetje jullie strot uit komt, maar de prachtige infografiek die Ben Gilliland van CosmOnline van de ‘vingerafdruk van de inflatie‘ heeft gemaakt – een vingerafdruk waarmee we letterlijk een kijkje kunnen nemen ‘door het raam van de creatie‘, is dat niet mooi gezegd? – wil ik jullie zeker niet onthouden.
We mogen gerust stellen het wetenschappelijke nieuws afgelopen week voor 90% in het teken stond van de ontdekking met de BICEP2 detector van primordiale zwaartekrachtsgolven, afkomstig uit de inflatieperiode van de oerknal. De zwaartekrachtsgolven – ook wel gravitatiegolven genoemd, rimpels in de ruimte en tijd – zijn niet direct waargenomen, wel de polarisatie die ze hebben veroorzaakt in de kosmische microgolf-achtergrondstraling, de zogenaamde B-mode polarisatie. Ik heb in de eerste zin het woord primordiale bewust gearciveerd, want niet-primordiale zwaartekrachtsgolven, zijn eerder al op indirecte wijze ontdekt en wel door de sterrenkundigen Russell Alan Hulse en Joseph Hooton Taylor Jr. (University of Massachusetts Amherst). Het is denk ik goed om door het mediageweld van afgelopen week – waar ik zelf ook aan heb bijgedragen, mea culpa – de BICEP2 ontdekking even in perspectief te plaatsen en dé eer voor de ontdekking van zwaartekrachtsgolven te plaatsen bij Hulse en Taylor.
Met de grote 305 meter (!) radiotelescoop van Arecibo op Puerto Rico (zie hieronder) namen zij in 1974 radiostraling van een pulsar waar, die PSR B1913+16 wordt genoemd, 21.000 lichtjaar van ons vandaan in het sterrenbeeld Arend (Aquila).
Arecibo Observatory. Credit: JidoBG / Wikipedia
Een pulsar is feitelijk een neutronenster, een zeer compact object, ongeveer 1,4 keer de zonsmassa gepropt in een bol met een diameter van zo’n 20 km, die vanuit z’n magnetische polen bundels van zeer energierijke straling uitzend. Deze pulsar bleek 17 keer per seconde om z’n as te draaien en de periode van de waargenomen pulsen bedroeg 59,02999792988 milliseconden. Vervolgens bleek dat de aankomsttijden van de pulsen regelmatig varieerden met drie seconden, soms arriveerden ze iets eerder, soms iets later dan verwacht, en met een periode van 7,75 uur. Er was maar één verklaring hiervoor mogelijk: er moest nog een object bij PSR B1913+16 in de buurt zijn en beiden zouden met een periode van 7,75 uur om een gemeenschappelijk zwaartepunt draaien.
Credit: Joaquim A. Batlle, Rosario López / Illustra.
De diameter van de baan van PSR B1913+16 bleek precies drie lichtseconden te zijn, ongeveer de diameter ook van de zon. Op grond van de beweging van PSR B1913+16 konden Hulse en Taylor de massa van de pulsar en z’n begeleider meten: beiden 1,4 zonsmassa, de totale massa van het systeem kon heel nauwkeurig gemeten worden: 2,828378 zonsmassa. Op grond van deze massabepaling en het gemis aan enige straling van de begeleider konden Hulse en Taylor vaststellen dat die begeleider een neutronenster was. Direct zag het tweetal in dat dit een kans was om de Algemene Relativiteitstheorie (ART) van Albert Einstein uit 1915 te testen. Deze voorspelde namelijk dat twee objecten die om elkaar heen draaien zwaartekrachtsgolven vanuit het gemeenschappelijk zwaartepunt kunnen uitzenden, precies zoals je in de afbeelding hierboven ziet. De golven zouden merkbaar moeten zijn als een afname in de periode van de omwenteling van de pulsar. Aangezien de pulsar met z’n zich continue herhalende pulsen als een zeer nauwkeurige natuurlijke klok werkt konden Hulse en Taylor de afname meten: per jaar blijkt de omwentelingsperiode 76,5 milliseconden kleiner te worden, zoals weergegeven in de grafiek hieronder.
Credit: Hulse & Taylor.
De halve lange as van de baan van PSR B1913+16 blijkt door het uitzenden van de zwaartekrachtsgolven jaarlijks 3,5 meter kleiner te worden. De verwachting is dat over zo’n 300 miljoen jaar PSR B1913+16 en z’n begeleider elkaar zullen raken en dan zullen samensmelten tot een zwart gat. Toen de gemeten afname in de omloopsnelheid van PSR B1913+16 vergeleken werd met de theoretische waarde volgens de ART – de blauwe lijn in de grafiek – bleek de gemeten waarde 0,997 ± 0,002 keer die van de theoretische waarde te zijn. Dit werd gezien als een uitstekende bevestiging van de ART van Einstein en het was tevens de eerste keer dat men er in geslaagd was om het bestaan van zwaartekrachtsgolven op indirecte wijze aan te tonen. In 1993 ontvingen Hulse en Taylor hiervoor de Nobelprijs voor de Natuurkunde. Voor de lezer die geïnteresseerd is in het oorspronkelijke artikel van Hulse en Taylor over hun ontdekking van PSR B1913+16, deze kan je hier vinden:
Taylor bleef samen met Joel M. Weisberg onderzoek doen aan PSR B1913+16 en dat leidde tot nog nauwkeuriger metingen aan dit bijzondere systeem. In 2003 werd door andere sterrenkundigen nog een binaire pulsar ontdekt, PSR J0737-3039, en beiden vormen nu de enige bekende binaire pulsars. PSR J0737-3039 is wel heel bijzonder, want dat blijken twee pulsars te zijn (zie afbeelding hieronder). Ook daarmee heeft men de ART getest en wederom bleken de resultaten in overeenstemming te zijn met de theoretische voorspellingen van de ART.
Credit: Michael Kramer (Jodrell Bank Observatory, University of Manchester)
Volgende maand – zaterdag 5 april om precies te zijn – wordt in Dwingeloo de radiotelescoop na een lange restauratieperiode officieel geopend en die plechtigheid zal gedaan worden door niemand minder dan… Joseph Taylor! 😀 Hieronder de opgeknapte telescoop, die nu beheerd wordt door de radioamateurs van stichting CAMRAS.
Credit: CAMRAS.
Het interessante is dat met deze telescoop ook radiosignalen afkomstig van pulsars kunnen worden ‘gehoord’. Toen ik jaren terug samen met Jan Brandt een bezoek bracht aan de Dwingeloo radiotelescoop – dat was nog voor de restauratie – konden we letterlijk de pulsen van een pulsar horen, eentje die 1 keer per 0,7 seconde rondtolde. Bron: Wikipedia.
Deze week werd bekendgemaakt door Amerikaanse onderzoekers dat zij met de BICEP2 detector op de zuidpool zogenaamde B-mode polarisatie in de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: CMB) hebben ontdekt, polarisatie veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven die ontstaan zijn in de inflatieperiode van de oerknal, waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond – het nieuws kan je niet ontgaan zijn, tenzij je de hele week onder een steen hebt gelegen. De bekendmaking op 17 maart door o.a. teamleider John Ková? en theoreticus Marc Kamionkowski duurde precies een uur en is op video gezet door het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Een aanrader om te kijken!
Goed om op te merken dat in de video als één van de samenwerkingspartners NIST wordt genoemd. De detectoren van NIST zijn gebruikt in de BICEP2 detector. Ik verwijs naar deze Astroblog uit 2009, waarin ik al spreek over die NIST detectoren en de mogelijkheid dat daarmee B-mode polarisatie kan worden gezien. Da’s uitgekomen. 😀 Bron: The Reference Frame.
ja ik weet het, ik heb nog nooit zo’n vreemde titel gehad in de ruim acht en een half jaar dat de Astroblogs bestaat, “r≈0,2 + 0,07 – 0,05 en ns≈0,96 bij 5,3σ” – waar hebben we het over, wat is dat voor abracadabra? Ik ga proberen het in deze blog uit te leggen, al is het taaie stof. Aan het einde van de blog wacht een ‘beloning’ voor de volhouders, een leuke animatie van MinutePhysics over de ontdekking van de primordiale zwaartekrachtsgolven. 😀
Lezers die een paar dagen terug Olaf van Kooten z’n blog hebben gezien, zagen het korte filmpje waarin te zien is hoe de natuurkundige Chao-Lin Kuo van BICEP2 het nieuws brengt bij Andrei Linde, één van de founding fathers van de inflatietheorie van de oerknal: “I have a surprise for you, it’s 5 sigma at point two“. Dat korte, maar niet mis te verstane zinnetje slaat op die r≈0,2, foutmarge + 0,07 en – 0,05 bij 5,3σ. OK leuk allemaal, maar waar gaat dit over? alles heeft te maken met de ontdekking – deze week bekendgemaakt door Amerikaanse onderzoekers – met de BICEP2 detector op de zuidpool van zogenaamde B-mode polarisatie in de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: CMB), veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven die ontstaan zijn in de inflatieperiode van de oerknal, waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond. Lange zin, lang verhaal… ik weet het.
Credit: NASA/WMAP.
In dat vroege heelal lang lang geleden was er een complexe mix van zwaartekrachtsgolven in de ruimtetijd, dichtheidsgolven in de (donkere) materie en een heleboel straling van fotonen en neutrino’s. Natuurkundigen stellen die zwaartekrachtsgolven voor als tensoren, omdat ze zowel een richting als sterkte bevatten, de dichtheidsgolven zijn scalars, die alleen een sterkte op een bepaald punt bevatten. De verhouding tussen de tensor van de zwaartekrachtsgolven en de scalar van de dichtheidsgolven wordt r genoemd en die is door het BICEP2 team bepaald op r≈0,2, met een foutmarge van + 0,07 en – 0,05, met een statistische betrouwbaarheid van 5,3σ. Dat laatste betekent dat er een kans van 1 op 3,5 miljoen is dat de meting niet klopt. OK, de verhouding tussen de tensor van de zwaartekrachtsgolven en de scalar van de dichtheidsgolven is dus waarschijnlijk 0,2 – zie de afbeelding hieronder. Soms kom je het ook anders geformuleerd tegen: T/S≈20%, maar dat komt op hetzelfde neer. Wat betekent dat in normaal Nederlands?
Om daar antwoord op te geven moeten we kijken naar de inflatie van het heelal, de theorie uit 1980 van Alan Guth en Andre Linde, later vele malen door anderen aangepast, die het volgende stelt – waarschuwing: nou beginnen de niet voor te stellen getallen.
Inflatie tijdens de oerknal\r\n0,000000000000000000000000000000000001 seconde (10^-36 s) na het begin van de oerknal begon een exponentiële expansie [1]Hoe zo”n exponentiële groei van iets zeer snel kan gaan zie je wel aan dit voorbeeld over een krant, die je een aantal keren vouwt. van het heelal, die 0,00000000000000000000000000000001 seconde (10^-32 s) duurde en die inflatie wordt genoemd, een zeer korte periode waarin de ruimtetijd van het heelal enorm uitdijde: een stukje ruimte van 1 nanometer groot, da’s 0,000 000 001 meter, groeide in die korte inflatieperiode tot meer dan een kwart miljard lichtjaar, da’s 2306880000000000000000000 meter!
Kan je je dat voorstellen? Nee, ik niet tenminste. Kan een heelal zo snel uitdijen, veel sneller dan de lichtsnelheid c (300.000 km/s) toestaat? Jazeker! We hebben het hier over de uitdijing van de ruimtetijd van het heelal, niet over de materie en straling in dat heelal. Einstein”s beperking van de lichtsnelheid als hoogste snelheid geldt voor materie en straling, niet voor de ruimtetijd zelf. OK, dan de volgende vraag: wat veroorzaakte die inflatie? Theoretici zoals Guth en Linde denken dat het zogenaamde inflaton dat heeft veroorzaakt en dat bijzondere deeltje zou z’n energie voor deze krachttour ontlenen van het alom aanwezige inflatonveld, een soort van energie, vergelijkbaar met het Higgsveld en het daarmee corresponderende Higgsdeeltje. Via een zogenaamde spontane symmetriebreking zou het inflatonveld in het potentiaal van het inflatonveld potentiële energie verliezen en die energie zou de inflatie voeden. Deze spontane symmetriebreking kan worden voorgesteld als een bal die van een helling afrolt:
Als de bal van die potentiaalheuvel afrolt neemt de hoogte af, maar neemt z’n snelheid toe. Nou komt de crux van het verhaal: om te komen tot een exponentiële expansie moet de heuvel niet te stijl zijn, er moet tijd genoeg zijn om te expanderen voordat de bal de voet van de heuvel bereikt, want dan stopt de exponentiële expansie. Inflatiemodellen zoals die van Guth en Linde gaan uit van zo”n vlakke helling en daarom praten we van ‘slow-roll’ inflatie. De eerder genoemde parameter r – de verhouding tussen de tensor van de zwaartekrachtsgolven en de scalar van de dichtheidsgolven – is een maat voor de hellingsgraad. Alleen had Linde’s model bijvoorbeeld r=0,1 voorspeld, in lijn met eerdere Planck metingen, en niet r≈0,2, dus daar zal nog goed naar gekeken moeten worden. Belangrijk in dit verband: r=0 wordt met een zekerheid van 7σ door BICEP2 uitgesloten – r=0 zou betekenen dat zwaartekrachtsgolven niet bestaan.
De spectraal index
De eerder genoemde ns is de zogenaamde spectraal index, een parameter die de mate aangeeft waarin tijdens de inflatie wordt afgeweken van de schaalinvariantie. De spectraal index ns is 1 bij een schaalinvariant spectrum, hetgeen wil zeggen dat hoe groot de schaal ook is de golven zich hetzelfde gedragen. De inflatiemodellen voorspelden een iets lagere waarde voor de index, namelijk tussen 0,92 en 0,98. En wat is er uit de metingen met BICEP2 gekomen: dat ns≈0,96, dus goed binnen de voorspelde waarde. Beide gemeten waarden, r en ns, komen terug in deze grafiek, de laatste dagen veel te zien in de nieuwsberichten:
Credit: Planck/ESA.
Hallo, zijn jullie er nog? Ik zou er nog veel meer over kunnen vertellen, maar laat ik volstaan met te zeggen dat ik er later nog op terug zal komen, niet alleen over de gedane metingen, maar ook over de vele onzekerheden die er nog zijn, de ‘ontdekking’ van de primordiale zwaartekrachtsgolven is nog niet bevestigd! Tot slot hetgeen ik jullie in het begin beloofd had, een leuke animatie van MinutePhysics over de ontdekking, een stuk simpeler uitgelegd dan ik hierboven heb gedaan. 😀
Maandag maakten Amerikaanse onderzoekers bekend dat zij met behulp van de BICEP2 detector op de zuidpool signalen in de kosmische microgolf-achtergrondstraling hebben ontdekt, die veroorzaakt zijn door zwaartekrachts- of gravitatiegolven, afkomstig uit de inflatieperiode van de oerknal. Die zwaartekrachtsgolven zijn rimpels in de ruimtetijd en ik heb getracht ze hier toe te lichten. Maar het kan ook met wat simpele hulpmiddelen, zoals een handdoek, een appel en een pingpongbal. Valerie Jamieson van New Scientist doet het in deze interessante video.
Het nieuws is inmiddels wereldwijd bekend: met de BICEP2 detector bij het Amundsen Scott station op de Zuidpool zijn natuurkundigen er in geslaagd zijn om primordiale B-mode polarisatie te detecteren (de kleine streepjes in de afbeelding hierboven) in de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: CMB), de straling die het restant is van de hete oerknal, waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond. Die B-modes zijn feitelijk afkomstig van de zwaartekrachts- of gravitatiegolven, de in 1916 door Albert Einstein voorspelde rimpels in de ruimtetijd en die ontstaan zijn in het allereerste begin van de oerknal waarmee het heelal ontstond, de zogenaamde inflatieperiode. Die zwaartekrachtsgolven worden beschouwd als de ‘smoking gun’ van de oerknal, het ultieme bewijs dat het heelal met een oerknal is begonnen. Overal op aarde zijn natuurkundigen met diverse experimenten zoals LIGO en VIRGO bezig om te trachten op directe wijze zwaartekrachtsgolven te detecteren, tot nu toe zonder resultaat. Wel werd in 1974 al op indirecte wijze het bestaan van zwaartekrachtsgolven bewezen en wel door de natuurkundigen Joseph Taylor en Russel Hulse met de in dat jaar door hun ontdekte PSR B1913+16, een dubbele neutronenster, waarvan er eentje een pulsar is.
Hierboven zie je PSR B1913+16, links de pulsar met z’n karakteristieke ‘jets’ of straalstromen, zeer energierijke bundels deeltjes, die vanuit de magnetische polen de ruimte in worden geslingerd. Beide neutronensterren draaien zeer snel om een gemeenschappelijk zwaartepunt. Omdat de pulsar als een zeer nauwkeurige kosmische klok werkt waren Taylor en Hulse in staat om nauwkeurig te bepalen hoe snel de beweging van de sterren is én hoeveel verval er in de snelheid is, dankzij het weglekken van energie door het uitstralen van zwaartekrachtsgolven. Door dat weglekken krimpen de banen waarin de twee neutronensterren om elkaar bewegen (engels: ‘orbital decay’), zoals door Einstein werd voorspeld. De waarneming in het verval bleek exact gelijk aan de voorspelling op basis van Einstein’s Algemene Relativiteitstheorie:
Credit: Hulse & Taylor.
Nou zijn ‘stellaire zwaartekrachtsgolven’ van twee compacte, snel om elkaar heen draaiende neutronensterren iets anders dan ‘primordiale zwaartekrachtsgolven’, afkomstig van de oerknal zelf. Dat blijkt uit onderstaande afbeelding, waarin je de zwaartekrachtsgolven afkomstig van verschillende bronnen ziet, de frequentie in Hz van de golven en de verschillende detectoren waarmee men probeert de golven waar te nemen – dubbelklikken voor de grotere versie.
(credit: New Scientists 2014)
Voor de indirecte ontdekking van zwaartekrachtsgolven ontvingen Taylor en Hulse in 1993 de Nobelprijs voor de Natuurkunde. Sinds de bekendmaking van de ontdekking van de primordiale zwaartekrachtsgolven is het gespeculeer over een volgende Nobelprijs niet van de lucht, waarbij met name Alan Guth en Andrei Linde worden genoemd, de bedenkers van de inflatietheorie van de oerknal.
Alan Guth en Andrei Linde.
Maar helemaal zeker dat deze twee de Nobelprijs gaan winnen is het ook weer niet, want er zijn meer inflatie-kapers op de kust, zoals Katsuhiko Sato en Demosthenes Kazanas, die net als in Linde en Guth in 1980 al inflatie-artikelen publiceerden. De tijd was er toen kennelijk rijp voor. Over Nobelprijzen gesproken: wat betreft het belang van de ontdekking van de primordiale zwaartekrachtsgolven wordt alom een vergelijking gemaakt met de ontdekking van het Higgs boson in 2012 en de uitreiking aan de Nobelprijs voor de twee natuurkundigen die het deeltje in 1964 voorspelden, Peter Higgs en Francois Englert. Beide ontdekkingen worden eenzelfde belang toegekend, al is de ontdekking van vandaag in één opzicht anders van die van twee jaar geleden: hij was minder voorspeld, bijna niemand had dit aan zien komen – op enkele intimi afgelopen vrijdag na dan 😉 – en dat was met de vondst van het Higgs boson in de Large Hadron Collider een stuk minder verrassend. Eigenlijk had iedereen verwacht de ontdekking van B-mode polarisatie en daarmee van primordiale zwaartekrachtsgolven pas in mei dit jaar aan te horen, als de definitieve analyses van de Planck-gegevens van de CMB bekend worden gemaakt. BICEP2 was Planck kennelijk voor. Hieronder als afsluiting nog een infografiek over de zwaartekrachtsgolven.
En om het feestje helemaal compleet te maken hieronder nog een video over BICEP2, het uit 512 detectoren bestaande instrument, dat deel uit maakt van de Dark Lab Sector op het steenkoude Scott-Amundsen station op de zuidpool.
Vandaag is bekendgemaakt dat natuurkundigen verbonden aan de BICEP2 detector bij het Amundsen Scott station op de Zuidpool er in geslaagd zijn om primordiale B-modes te detecteren, een soort van polarisatie in de kosmische microgolf-achtergrondstraling (Engelse afkorting: CMB), de straling die het restant is van de hete oerknal, waarmee 13,8 miljard jaar geleden het heelal ontstond. Die B-modes – afgelopen weekend hier uitgelegd – zijn feitelijk afkomstig van rimpels in de ruimtetijd, die door Albert Einstein voorspeld werden als zwaartekrachts- of gravitatiegolven en die ontstaan zijn in het allereerste begin van de oerknal waarmee het heelal ontstond, de zogenaamde inflatieperiode. Je ziet die B-mode polarisatie in de afbeelding hierboven, alle streepjes rondom de warme en koude gebieden in de CMB. Alle wetenschappelijke resultaten van afgelopen drie jaar onderzoek en ook de artikelen van BICEP2 zijn hier te vinden. De betrouwbaarheid van de metingen is hoger dan 5?, hetgeen betekent dat er een kans is van 1 op 3,5 miljoen dat de waargenomen metingen niet juist zijn.
De BICEP2 detector op de Zuidpool. Credit: BICEP Collaboration
De ontdekking, die afgelopen vrijdag al werd voorspeld, is een steun in de rug van de theorie van de oerknal en in het bijzonder van de theorie van de inflatie, die toen zeer kort na het begin van de oerknal moet hebben plaatsgevonden. Hieronder zie je een infografiek van de inflatietheorie en de link met de gedane ontdekking van de B-mode polarisatie.
Credit: Karl Tate/Space.com
Op Teletekst werd het nieuws zojuist gebracht als een doorbraak op het gebied van de Big Bang-theorie. Nu al wordt gezegd dat de ontdekking Nobelprijswaardig is en in dat verband worden de namen van Alan Guth en Andrei Linde genoemd, die veel hebben gedaan aan de theorie van de inflatie. Bron: Universe Today.
Interessant toch hoe je door het niet detecteren van het ene iets te weten kunt komen over het andere. Concreet: sterrenkundigen en natuurkundigen doen al jaren pogingen om gravitatie- of zwaartekrachtsgolven te detecteren, de door Albert Einstein voorspelde rimpels in de structuur van de ruimtetijd, die kunnen ontstaan door extreme gebeurtenissen zoals botsende zwarte gaten. Ook met de Australische Parkes radiotelescoop heeft men dat gedaan en wel door twintig jaar lang twintig pulsars in de gaten te houden, compacte neutronensterren die razendsnel rondtollend bundels radiostraling uitzenden.
Voorstelling van een superzwaar zwart gat. Credit: Swinburne Astronomy Productions.
De frequentie van die straling is heel nauwkeurig en door de aankomsttijden van de straling die pulsars te bekijken zou een eventueel passerende gravitatiegolf zich verraden doordat dan de tijden van de pulsen iets kunnen wijzigen. Met name botsingen van superzware zwarte gaten, veroorzaakt doordat de sterrenstelsels om hun heen botsen en samensmelten, zouden meetbare gravitatiegolven opleveren. Botsende en vervolgens samensmeltende superzware zwarte gaten komen niet vaak voor, maar aangezien er honderden miljarden sterrenstelsels in het heelal zijn zou dat toch dagelijks wel ergens aan de hemel moeten gebeuren. Maar wat leverde het Parkes-onderzoek aan de pulsars op? Niets, tenminste geen detecteerbare gravitatiegolven.
Voorstelling van een pulsar. Credit: Swinburne Astronomy Productions.
Maar zoals Johan Cruyff ooit zei: ieder nadeel heb z’n voordeel. Het niet detecteren van de gravitatiegolfachtergrond betekent dat ze een sterkte moet hebben die onder de drempel van de gehanteerde methode ligt. Die achtergrond wordt bepaald door hoe superzware zwarte gaten precies naar elkaar toe spiraliseren, hoe ze samensmelten en hoe ver weg aan de hemel ze staan. Zie je de achtergrond niet dan levert dat limieten op voor deze factoren. Zodoende heeft men kunnen bepalen dat superzware zwarte gaten niet alleen groeien door het onderling botsen van sterrenstelsels, maar dat er ook andere groeiprocessen moeten zijn. Het vakartikel over de gravitatiegolven is gisteren verschenen in Science en is hier te downloaden.
Naar elkaar toe spiraliserende en samensmeltende zwarte gaten. Credit: Swinburne Astronomy Productions.
