Zwaartekrachtgolven van de oerknal gesignaleerd

Wetenschappers achter de BICEP2-detector op Antarctica zeggen dat ze zwaartekrachtgolven van de oerknal hebben gesignaleerd. De vondst zou een sterk bewijs vormen voor de inflatietheorie die stelt dat het universum in de eerste fractie van een seconde na de oerknal met een enorme snelheid is uitgedijd.

18 maart 2014

UPDATE – 19 februari 2015: Conclusies onderuitgehaald

In de maanden na publicatie zetten steeds meer astronomen vraagtekens bij dit onderzoek. Ze stellen dat de resultaten ook het gevolg kunnen zijn van grote stofwolken in onze eigen Melkweg. In februari 2015 publiceren de BICEP2-onderzoekers in samenwerking met het team van de Planck-satelliet dat het grootste deel van het gemeten signaal hoogstwaarschijnlijk van galactisch stof afkomstig is.

Lees meer over deze kwestie in Toch geen zwaartekrachtgolven oerknal ontdekt en het interview met Nobelprijswinnaar Brian Schmidt.

Afbeelding waarop de polarisatie (de trillingsrichting) van de kosmische achtergrondstraling te zien is. De zwarte streepjes geven de richting aan. Dit patroon is vrijwel zeker veroorzaakt door zwaartekrachtsgolven die tijdens de inflatie-periode van het universum ontstonden. — De polarisatie van de kosmische achtergrondstraling. Vergroot voor uitleg.
Cal Tech

De gegevens zijn van januari 2010 tot december 2012 verzameld en laten een patroon zien in de trillingsrichting oftewel de polarisatie van het licht dat we nu nog van de oerknal kunnen waarnemen. Dat licht wordt de kosmische achtergrondstraling genoemd en is te detecteren in alle richtingen waar astronomen hun telescopen op richten. Het is als het ware de nagloed van de oerknal.

De gemeten polarisatie van deze achtergrondstraling, ook wel de B-mode polarisatie genoemd, zou veroorzaakt zijn door zwaartekrachtgolven die in de allereerste momenten van het universum ontstonden. Deze golven zijn door Albert Einstein voorspelde rimpelingen in de ruimtetijd.

Bewijs voor de inflatietheorie

De resultaten zijn een sterk bewijs voor de inflatietheorie die de Amerikaanse natuurkundige Alan Guth in 1981 presenteerde als aanvulling op de oerknaltheorie. Het belangrijkste bewijs voor de oerknal werd al in 1964 geleverd met de eerst detectie van de kosmische achtergrondstraling. Sindsdien is de oerknaltheorie algemeen geaccepteerd, alleen konden astronomen ermee niet het ontstaan van de grote structuren verklaren die de kosmische achtergrondstraling laat zien.

Een kaart van de kosmische achtergrondstraling gemeten door de Planck-satelliet. De kaart laat iets warmere gebieden (in rood) zien tussen gebieden waar de temperatuur lager is (blauw). Het wordt ook wel de babyfoto van het universum genoemd omdat deze straling werd uitgezonden op het moment dat het heelal doorzichtig werd, ongeveer 380.000 jaar na de oerknal. — Een kaart van de kosmische achtergrondstraling gemeten door de Planck-satelliet. De kaart laat iets warmere gebieden (in rood) zien tussen gebieden waar de temperatuur lager is (blauw). Het wordt ook wel de babyfoto van het universum genoemd.
ESA

De inflatietheorie biedt hiervoor een oplossing. Guth stelde dat het universum 10^-36 seconden na de oerknal begon aan een enorme uitdijingssprint. In een kleine fractie van die eerste seconde werd het universum opeens vele malen groter. Daarbij werden minuscule en toevallige variaties binnen de dichtheid van materie opgeblazen tot kosmische schalen. Na de korte inflatieperiode zou het universum blijven uitdijen, zij het langzamer.

Met de inflatietheorie konden veel observaties verklaard worden, maar nooit werd er echt bewijs voor gevonden. Tot nu. De gevonden polarisatie in de straling is volgens de astronomen het bewijs voor zwaartekrachtgolven die tijdens de inflatieperiode ontstonden en als het ware hun afdruk hebben achtergelaten in de achtergrondstraling. Bovendien is het gemeten signaal veel sterker dan eerder gedacht, waardoor een groot aantal inflatiemodellen weggestreept kunnen worden.

Het gebouw op Antarctica waarin onder andere de BICEP2-detector is gevestigd.
BICEP2/Dispatches from the Bottom of the World

Nobelprijsmateriaal

Veel wetenschappers reageren verheugd op de resultaten. De ontdekking wordt qua belang al vergeleken met de ontdekking van het Higgsboson in 2012 en ook de term Nobelprijs valt vaak. Voordat het zover is zullen de resultaten eerst bevestigd moeten worden door teams van wetenschappers die met andere detectoren naar dezelfde signalen speuren. Maar dat lijkt slechts een kwestie van tijd.

De zoektocht naar zwaartekrachtgolven in het huidige heelal gaat overigens gewoon door. Ze zouden ook veroorzaakt moeten worden door extreem zware objecten zoals zwarte gaten. Al jaren wordt er naar de hemel geluisterd, maar nog nooit werd er zo’n golf gevonden.