Vorige maand kondigden astrofysici een revolutionaire ontdekking aan: overtuigend bewijs werd gevonden voor het bestaan van zwaartekrachtgolven en de bron van deze golven zou de inflatieperiode kunnen zijn onmiddellijk na de oerknal.
Misschien is dit overtuigend bewijs, maar kan er een andere verklaring zijn?
In een document dat vorige week in voorlopige publicaties van ArXiv werd gepresenteerd, dreven drie theoretische fysici de resultaten van het Kosmische Extragalactische Polarisatie 2-project (BICEP2) opzij, wat suggereert dat er een andere bron van gravitatiegolven is.
Laten we eerst een beetje teruggaan. Wat is inflatie en hoe werden zwaartekrachtsgolven het bewijs van het ontstaan ervan?
Grafische weergave van de singulariteit van het universum
In een notendop, toen het BICEP2-project polarisatierimpels detecteerde in de kosmische microgolfachtergrond (CMB), correspondeerde het signaal met theoretische voorspellingen over hoe zwaartekrachtsgolven er zouden moeten uitzien. Maar tot nu toe waren zwaartekrachtsgolven (waarvan het bestaan Einstein suggereerde, gedurende de ontwikkeling van hun algemene relativiteitstheorie bijna 100 jaar geleden) zeer moeilijk te detecteren. Dus op het eerste gezicht zijn de resultaten van BICEP2-onderzoek historisch. Deze waarnemingen van zwaartekrachtsgolven worden door geen enkele wetenschapper betwist. Maar hoe hebben deze zwaartekrachtgolven uiteindelijk een onuitwisbaar stempel gedrukt op de kosmische microgolfachtergrond? Dit is het twistpunt.
De kosmische microgolflaag bestaat overal, binnen de grenzen van onze waarnemingsmogelijkheden. Als we het beschouwen als de "echo" van de oerknal, die bijna 14 miljard jaar geleden plaatsvond, kunnen we zeer kleine temperatuurschommelingen analyseren (bekend als "anisotropieën) om een idee te krijgen van de structuur van het heelal onmiddellijk na de oerknal.
Kosmologen geloven dat om het universum op zijn huidige schaal te laten bestaan, eerst de oerknal plaatsvond, en toen was er een periode van intense acceleratie. Sneller dan de snelheid van het licht, vond de uitbreiding plaats in een miljardste van een miljardste van een miljardste van een miljoenste van een seconde na de oerknal.
Stadia van de evolutie van het universum. Klik op de afbeelding om te vergroten
Voor het moderne begrip van het universum, zou het billijk zijn dat er inflatie zou zijn.
Zoals het BICEP2-projectteam uitlegt, gaat de zwaartekrachtgolf in de kosmische microgolflaag ervan uit dat de gravitatiegolven zelf van inflatoire oorsprong zijn. Zwaartekrachtgolven die de meest energieke gebeurtenissen in het universum genereren, variërend van zwarte gaten en eindigend met de explosies van sterren, propageren in de ruimte-tijd met de snelheid van het licht. Inflatie theorieonderzoekers geloven ook dat primaire zwaartekrachtsgolven gegenereerd kunnen worden tijdens de meest intense gebeurtenis die we nooit zullen zien: inflatie. En de resultaten van het BICEP2-project wijzen ongetwijfeld op de aanwezigheid van overtuigend bewijs van de inflatoire en kwantumoorsprong van deze golven.
Echter, theoretische fysici James B. Dent (Universiteit van Louisiana, Lafayette), Lawrence M. Krauss (Universiteit van Arizona, Tempe) en Harsh Mathur (Universiteit Case Western Reserve, Cleveland, Ohio ) zijn van mening dat de BICEP2-onderzoekers mogelijk een alternatieve bron van deze golven hebben gemist.
"Ondanks het feit dat het inflatiesignaal de meest plausibele bron blijft (van een zwaartekrachtsignaal), laat de huidige meting helaas nog steeds de mogelijkheid toe dat gravitatiegolven in de achtergrond kunnen ontstaan als gevolg van de zelf geordende scalaire achtergrondtransitie, die iets later is opgetreden." schreef natuurkunde.
Dus wat betekent dit?
De Lambda-CBR Universe-kaart (van de oerknal tot onze tijd).
Na de oerknal leek het universum een chaotische puinhoop van energie. Zodra het begon te koelen, begon deze energie langzaam te condenseren (zoals regendruppels gevormd door stoom in de wolken), en creëerde de fundamentele deeltjes en krachten die we kennen en liefhebben in onze moderne tijd. Elk deeltje en elke kracht verschenen na elke volgende "faseovergang". Maar deze faseveranderingen waren niet gelijk en gebeurden niet tegelijkertijd in het universum. Faseveranderingen vonden plaats in gelokaliseerde compartimenten. Maar op het kritieke punt, als het heelal voldoende is afgekoeld, denkt men dat deze holtes in één keer zijn geëgaliseerd.
Hoewel deze kritieke fasepuntverandering in het heelal minder energie had dan de inflatieperiode die eerder plaatsvond, suggereren James B. Dent en zijn team dat deze gebeurtenis een rimpel creëerde die zwaartekrachtgolven produceerde, die BICEP2 nu in de kosmische microgolflaag waarneemt.
Zoals opgemerkt in ArXiv, bespreken theoretici niet of inflatie al of niet was, ze proberen andere bronnen van zwaartekrachtsgolven te bepalen.
Als het gaat om het oplossen van de mysteries aan het begin van de Kosmos, kun je niet één theorie kiezen die slechts één mechanisme "bewijst". Hoewel onderzoekers van BICEP2 sterke aanwijzingen hebben gevonden dat zwaartekrachtsgolven een inflatoire oorsprong hebben, toont dit nieuwe werk aan dat theoretische natuurkundigen nog lang geen consensus kunnen bereiken.
