Ongeveer 13, 8 miljard jaar geleden, vlak voor de oerknal, bevond het enorme, met melkwegstelsel gevulde universum dat we vandaag kennen zich in een klein, dicht, extreem heet punt. Plots begon het zich snel sneller uit te breiden dan de snelheid van het licht in een cataclysmische explosie. Het universum groeide van een subatomaire grootte naar die van een golfbal in een onbegrijpelijk korte fractie van een seconde.
gerelateerde inhoud
- Luisteren naar de oerknal
- Hoe twee duiven wetenschappers hielpen de oerknaltheorie te bevestigen
- Wat astronomen nog ontdekken over de oerknaltheorie
Dit vroegste moment van expansie, bekend als kosmische inflatie, verklaart waarom het universum relatief uniform is (sterrenstelsels die bijvoorbeeld zijn gevormd als het universum afgekoeld, lijken gelijkmatig verspreid te zijn zover de telescoop kan zien) en verklaart ook de zaden van dichtheid dat gaf aanleiding tot de structuur van het universum.
Het is een leuk verhaal, maar sinds tientallen jaren nadat natuurkundigen het hadden voorgesteld, is ons bewijs ervoor beperkt. Ons belangrijkste middel om de oerknal te bestuderen - de zwakke straling die overblijft van de explosie die de kosmische microgolfachtergrond (CMB) wordt genoemd - dateert van ongeveer 380.000 jaar later, in plaats van het moment zelf.
Een belangrijk nieuw stuk bewijs kwam vanmorgen naar voren, toen een groep wetenschappers onder leiding van astronoom John Kovac van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics aankondigde dat ze indirect bewijs hadden gevonden van zwaartekrachtgolven - minieme vervormingen in het zwaartekrachtveld van het universum - die ontketend tijdens inflatie, een kleine fractie van een seconde na de oerknal. Als de bevinding correct is, dienen de golven als een bevestiging van de inflatie.
"Inflatie is de 'knal' van de oerknal", zegt theoretisch fysicus Alan Guth, die in 1979 de theorie van kosmische inflatie voorstelde. "Het is het mechanisme dat het universum in deze periode van gigantische expansie heeft gebracht."
Verschillende natuurkundigen die niet bij het onderzoek betrokken waren, hebben de kans gekregen om de onbewerkte gegevens te beoordelen en zijn het eens met de analyse. "Het is zeer, zeer waarschijnlijk dat dit echt is", zegt Avi Loeb, een theoretisch fysicus aan het Harvard-Smithsonian Center, en merkt op dat de onderzoekers drie jaar hebben besteed aan het analyseren van de gegevens om elke kans op een fout te elimineren.
Robert W. Wilson, die in 1978 de Nobelprijs voor de natuurkunde deelde voor zijn ontdekking van de kosmische microgolfachtergrond, is het ermee eens en is van mening dat, indien bevestigd, het werk vrijwel zeker een Nobelprijs oplevert. Loeb zegt dat de bevinding een van de belangrijkste natuurkundige ontdekkingen van de afgelopen 15 jaar zou zijn - groter dan de ontdekking van het Higgs Boson.
Tijdens de inflatie, uiterst links weergegeven, breidde het universum zich in vele fracties van grootte in een fractie van een seconde uit. (Afbeelding via NASA) De aanwezigheid van detecteerbare zwaartekrachtsgolven - vaak aangeduid als "rimpelingen in het weefsel van ruimtetijd" - wordt voorspeld door de inflatietheorie. Reeds bestaande schommelingen in de zwaartekracht op microscopische schaal zouden volgens Guth zijn uitgerekt door inflatie, waardoor macroscopische golven werden geproduceerd.
De exacte aard van de golven hangt af van het precieze moment waarop inflatie plaatsvond. "Deze detectie geeft niet alleen aan dat inflatie heeft plaatsgevonden", zegt Loeb, "maar vertelt ons ook wanneer deze plaatsvond": 10 -34 (een decimaal gevolgd door 33 nullen en vervolgens een) seconden na het begin van de Big Bang.
De onderzoeksgroep, waaronder ook Clement Pryke van de Universiteit van Minnesota, Jamie Bock van Caltech en Chao-Lin Kuo van Stanford, vond zelf geen zwaartekrachtsgolven, maar eerder indirect bewijs hiervan, in de vorm van een speciaal patroon van polarisatie veroorzaakt door de golven op de achtergrond van de kosmische magnetron. "Ons team jaagde op een speciaal type polarisatie genaamd B-modes, dat een kronkelend of krulpatroon vertegenwoordigt in de gepolariseerde oriëntaties van het oude licht, " zei Bock in een persverklaring.
De onderzoekers verzamelden deze gegevens met behulp van de BICEP2-telescoop, gestationeerd in Antarctica, waar koude, droge lucht interferentie van de atmosfeer van de aarde op het zwakke kosmische microgolf-achtergrondsignaal beperkt. BICEP2 is een van een reeks identieke telescopen op zoek naar deze handtekening, de Keck Array genoemd. Er is ook de aangrenzende Zuidpool-telescoop, die gegevens rapporteerde die de aanwezigheid van B-modus polarisatie in de CMB afgelopen zomer aangaven. Dat instrument was echter niet ontworpen om polarisatie te detecteren op de schaal die wordt geproduceerd door zwaartekrachtgolven, dus het kwam waarschijnlijk voort uit de interferentie van verre sterrenstelsels die de CMB passeerde voordat hij de aarde bereikte.
De BICEP-2-telescoop (de witte schotel rechts), samen met de Zuidpool-telescoop (links). (Afbeelding via BICEP-2 Project) Het is nog steeds niet helemaal duidelijk dat het BICEP2-team polarisatie in de B-modus heeft gedetecteerd die in feite het definitieve bewijs is van zwaartekrachtsgolven. Verdere bevestiging zal moeten komen van gegevens verzameld door Planck Satellite van de European Space Agency (die de achtergrond van de kosmische magnetron in een veel bredere hoek bekijkt), die aan het einde van de zomer zal worden vrijgegeven.
Als het waar is, zou de vondst echter een heel eind komen in de richting van de ratificatie van de inflatietheorie. "De aanwezigheid van deze polarisatie, veroorzaakt door de zwaartekrachtgolven, is het laatste grote ding voorspeld door inflatie, " zegt Wilson. "Het geeft je steeds meer vertrouwen dat dit echt het juiste scenario is."
Het zou ook iets werkelijk verbazingwekkends weerspiegelen: het oudste bewijs dat we van absoluut alles hebben.
"Je kunt de achtergrond van de kosmische magnetron niet gebruiken om erachter te komen wat er is gebeurd in het vroege, vroege universum", zegt Loeb. De eerste 380.000 jaar konden de elektromagnetische golven die deel uitmaken van de CMB niet vrij door de ruimte passeren. "Als we naar zwaartekrachtsgolven kunnen kijken, kunnen we teruggaan naar bijna het allereerste begin."
