WMAP vindt meer bewijzen voor inflatiemodel Big Bang

Met behulp van de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) zijn astronomen er in geslaagd om sterke aanwijzingen te vinden dat het inflatiemodel van de Big bang juist is. WMAP is een satelliet die op 30 juni 2001 door NASA is gelanceerd en die tot doel heeft de kosmische achtergrondstraling te bestuderen. Het inflatiemodel van de Big bang is in 1980 door Alan Guth bedacht en zegt dat in de allereerste triljoenste van een triljoenste van een seconde in het bestaan van het heelal er een versnelde expansie plaatsvond, de inflatie. In die periode groeide het heelal van de grootte van een zandkorrel tot de huidige grootte van het zichtbare heelal, een vergroting van het volume van 10 tot de macht 60!! Met het inflatiemodel werden een aantal raadsels verklaard, zoals het ontbreken in het heelal van monopolen, hypothetische deeltjes met alleen een magnetische noord- of een zuidpool, en waarom er zoveel gelijkenis was tussen delen van het heelal die fysisch nooit met elkaar in kontakt waren geweest. Al die argumenten waren echter verklaringen achteraf. Er waren raadsels en daar gaf de inflatietheorie een verklaring voor. Maar tot nu toe waren er geen voorspellingen van de inflatietheorie geverifieerd. Tot deze week!! Met de WMAP deed men zeer nauwkeurige waarnemingen aan de kosmische achtergrondstraling (cosmic microwave background, CMB), het overblijfsel van de Big Bang, die het gehele heelal doordrenkt. WMAP keek daarbij naar twee dingen: naar de verschillen in temperatuur van de CMB en naar de polarisatie ervan.
De temperatuursverschillen in de CMB zijn miniem: in de orde van grootte van 0,00001 graad Celcius. De fluctuaties in temperatuur wijzen op verschillen in dichtheden die afzonderlijke gebieden in het vroege heelal hadden. Met de waarnemingen van de laatste drie jaar van WMAP, die deze week zijn gepubliceerd, hebben de onderzoekers het volgende vastgesteld:

• de leeftijd van het heelal is 13,7 miljard jaar (onnauwkeurigheid 2%)
• de samenstelling van het heelal is: 74% donkere energie, 22% donkere materie en 4% gewone materie (atomen)

Met de WMAP werden ook waarnemingen verricht aan de polarisatie van de CMB. De fotonen die de CMB vormen zijn gepolariseerd, d.w.z. dat net als gepolariseerd zonlicht, hun golflengte voorkeuren heeft voor een bepaalde richting. Die polarisatie van de CMB is een gevolg van de dichtheden van de materie in het vroege heelal, waardoor de fotonen in een bepaalde richting verstrooid werden. Door de polarisatie te meten komt men dus meer te weten over de dynamica in het vroege heelal. Ook hier werden door WMAP weer opzienbarende ontdekkingen gedaan: zie het figuur bovenaan. Daarin zijn de witte balken de polarisatierichtingen van de CMB. Door de polarisatiemetingen kwamen de onderzoekers van WMAP tot de volgende vaststellingen:

• De eerste sterren gingen 400 miljoen jaar na de Big Bang de polarisatie van de CMB vervuilen. Dit is een indicatie voor het moment waarop de eerste sterren in het heelal zo'n beetje voor het eerst gingen verschijnen.
• De zogenaamde scalar spectral index blijkt een waarde te hebben van 0.95 (onnauwkeurigheid alweer 2%). Deze index vergelijkt de temperatuurfluctuaties in de CMB gezien over grote schalen en kleine schalen. Het inflatiemodel voorspelde een index van iets onder de 1, dus exact hetgeen is waargenomen.
• De donkere energie heeft een vergelijking van staat ('equation of state') van -1, d.w.z. dat donkere energie een eigenschap is van de ruimtetijd zelf. Donkere energie bevindt zich dus niet net als deeltjes in de ruimtetijd, maar is er een onlosmakelijk onderdeel van. Eén kubieke centimeter heelal bevatte 13,7 miljard jaar geleden net zoveel donkere energie als nu.

In het figuur hieronder een stukje geschiedenis van het heelal van de Big Bang tot nu. Tot zover het overzicht van alweer een hele reeks opwindende ontdekkingen. Kan het nou nog gekker worden met al die ontdekkingen? Tuurlijk kan dat. Begin volgend jaar gaat de Europese satelliet Planck de ruimte in. Die kan nog veel nauwkeuriger metingen doen aan de CMB. Ik ben benieuwd waar die allemaal mee voor de dag kan komen. WMAP heeft bijvoorbeeld alleen de zogenaamde E-mode polarisatie gezien, de polarisatie die veroorzaakt is tijdens de reïonisatie door die eerste serie sterren. Maar de zogenaamde B-mode polarisatie, de polarisatie die direct door de inflatie wordt veroorzaakt, is niet door WMAP gezien. Als de Planck-satelliet die B-mode polarisatie zou kunnen zien zou dat een mega-ontdekking van de eerste orde zijn! We wachten af....Bron van dit alles: de NASA.