What's Next for Cosmology After Landmark Gravitational Wave Discovery?

Het oudste licht in het universum heeft nog steeds enkele geheimen om te delen.

In maart kondigden astronomen aan dat de BICEP2-telescoop op de zuidpool bewijs had gevonden van oorspronkelijke zwaartekrachtgolven in de kosmische microgolfachtergrond (CMB), het oude licht dat het universum 380.000 jaar na de oerknal begon te verzadigen.

Als het ophoudt, bevestigt de ontdekking de theorie van de kosmische inflatie, die stelt dat het universum veel sneller expandeerde dan de lichtsnelheid net na de oerknal, exploderend van minuscule kwantumfluctuaties in iets van macroscropische grootte in een paar kleine fracties van een tweede. [Hoe inflatie het universum de ultieme kickstart gaf (Infographic)]

Verschillende teams van onderzoekers over de hele wereld racen dus om deze mijlpaal te bevestigen, op zoek naar de zwaartekrachtsignatuur - een type polarisatie in de CMB bekend als "B-modi" - in gegevens verzameld door hun eigen instrumenten. Maar andere astronomen kijken al vooruit, gezien de aanvullende informatie die ze uit de CMB kunnen halen met nieuwe en geavanceerde hulpmiddelen.

En er valt inderdaad nog veel te leren, schrijven astronomen Joseph Silk en Jens Chluba in een stuk 'Perspectives' dat vandaag (7 mei) online is gepubliceerd in het tijdschrift Science.

Een supergevoelige door de ruimte gedragen spectrometer kan bijvoorbeeld temperatuurvariaties in de CMB met ongekende precisie meten. Deze variaties onthullen gebieden van verschillende dichtheid, die de zaden waren die uiteindelijk aanleiding gaven tot sterren, sterrenstelsels en alle andere kosmische structuren die we vandaag zien.

"De optimisten zouden zeggen dat met zulk een enorme verbetering van de gevoeligheid men nieuwe fysica moet ontdekken, waardoor een onontgonnen venster wordt geopend voor het vroege universum, voorbij de CMB-anisotropieën en diep in het tijdperk vóór ontkoppeling," Silk and Chluba schrijven, verwijzend naar de tijd dat fotonen en materie aan elkaar gekoppeld waren.

Tot ongeveer 380.000 jaar na de oerknal was het universum een ​​verzengende hete, ondoorzichtige mist van plasma en energie. Vervolgens daalden de temperaturen in een periode die bekend staat als recombinatie genoeg om de vorming van elektrisch neutrale atomen mogelijk te maken, waardoor het universum transparant wordt. Rond deze tijd ontmenden fotonen zich ook van de materie en begon het licht vrijelijk door de kosmos te reizen, wat aanleiding gaf tot de CMB.

Een toekomstige ruimtemissie zou zich specifiek kunnen richten op de spectra van waterstof en helium uit dit oude tijdperk, en potentieel een schat aan informatie leveren aan onderzoekers, schrijven Silk en Chluba.

"Het detecteren van de recombinatiestraling zou het ultieme bewijs leveren dat het universum is afgekoeld van een heet primair plasma, een fundamenteel aspect van het Big Bang-model test en een gouden standaard levert voor het meten van vervormingen die door de vroegste vormingsstructuur zijn geproduceerd", schrijven ze.

Het spotten van deze spectra zal een grote opdracht zijn, zei Silk, eraan toevoegend dat studies van potentiële CMB ruimtemissies nodig zijn om te bepalen of beeldvormende spectrometers de vereiste gevoeligheid kunnen leveren.

"De belangrijkste kwestie zal zijn om diep in te graven in de bijdrage van stoffige sterrenstelsels die de ver-infrarode diffuse achtergrond domineren op de frequenties waar elke spectrale signatuur van de recombinatie van het universum detecteerbaar zou kunnen zijn," Silk, van het Institut d'Astrophysique de Paris , vertelde ProfoundSpace.org via e-mail. "Om een ​​dergelijke achtergrond te overwinnen, vereist waarschijnlijk een hoge hoekresolutie naast de spectroscopische vereisten."

CMB-bestudeerde missies bekend als PIXIE (Primordial Inflation Explorer) en PRISM (Polarized Radiation Imaging and Spectroscopy Mission) werden voorgesteld aan NASA in 2011 en het European Space Agency in 2013, respectievelijk. Het is op dit moment onbekend of een variatie of upgrade van PIXIE of PRISM de klus zou klaren, zei Chluba, die is gevestigd aan de Johns Hopkins University in Baltimore.

"Dat is een van de redenen waarom we dit artikel hebben geschreven, om mensen aan dit alles te laten denken, ook met het 'ultieme' doel gericht op de kosmologische recombinatielijnen in gedachten," vertelde Chluba ProfoundSpace.org via e-mail.

Toekomstige missies zouden nog hoger kunnen gaan.

"Een meer exotisch doel zou zijn om spectroscopisch afwijkende patches in de CMB-lucht te zoeken, als sporen van de vorming van andere universums", schrijft het paar in Science. "Deze worden voorspeld in de eeuwige inflatie, waarbij van enorme aantallen andere universums wordt verwacht dat ze in het verleden van de onze zijn afgepeld om uit te leggen waarom we slechts één gunstige plek bewonen van een enorm en meestal onherbergzaam multiversum."

Sommige astronomen denken dat bepaalde anomalieën die al in de CMB zijn waargenomen inderdaad signaturen zijn van de vorming van andere universums, zei Silk. Maar hij maakte duidelijk dat het geen sinecure zou zijn om een ​​speciale missie op te zetten om deze handtekeningen op te sporen of te bevestigen.

"Hier zijn we in science fantasy land," zei hij.

Wetenschappers weten nog steeds niet precies waarom het universum 13,8 miljard jaar geleden begon met een oerknal. Zullen we de ware aard van de oerknal ooit echt begrijpen?

  • Ja: wetenschap is een proces en het is slechts een kwestie van tijd voordat we terugzien naar de geboorte van het universum.
  • Misschien: de moderne technologie heeft gigantische sprongen gemaakt in de kosmologie, maar er zijn nog steeds belangrijke technologische ontwikkelingen nodig.
  • Nee: er zijn enkele dingen die de mensheid gewoon niet moet begrijpen.
  • Krijg resultaten Deel dit