Ikke bølger fra romtidens morgen likevel

Fordelingen av interstellart støv og gass (farge) og polariseringen av dette (linjer) sett av romteleskopet Planck. (Foto: ESA/Planck Collaboration)
Fordelingen av interstellart støv og gass (farge) og polariseringen av dette (linjer) sett av romteleskopet Planck. (Foto: ESA/Planck Collaboration)

Like etter at universet ble til i The Big Bang for cirka 13,8 milliarder år siden utvidet universet seg ekstremt raskt. Denne perioden kalles for den kosmiske inflasjonen og ga fra seg gravitasjonsbølger, forstyrrelser i romtiden.

Er teorien om den kosmiske inflasjonsperioden riktig, skal gravitasjonsbølgene fra den synes som polarisasjonsmønster i den kosmiske bakgrunnen av mikrobølgestråling (Cosmic Microwave Background).

Denne mikrobølgebakgrunnen er restene etter det aller første lyset som ble til, da universet bare var rundt 380 000 år gammelt.

I mars 2014 meldte forskerne som jobber med BICEP2-teleskopet at de hadde funnet spor av bølgene fra romtidens morgen.

Kunngjøringen fikk enorm oppmerksomhet og siden da har forskerne prøvd å bekrefte funnet ved hjelp av andre metoder.

Bare støy fra Melkeveien?

Den kosmiske bakgrunnen av mikrobølgestråling har to typer polarisasjonsmønstre. Det ene skaper sirkulære former og kalles for E-modus. Den andre typen er spiralformet og heter B-modus.

I observasjonene gjort med BICEP2 fra 2010 til 2012 og i innledende data fra Keck-teleskopet ble B-modus-polarisasjonsmønster funnet i data som dekket en del av himmelen på størrelse med fullmånen.

Plancks bilde av den delen av himmelen som BICEP2 dekket (stiplet linje) viser at området har en forgrunn av gass og støv (farge) som er polarisert (linjer) og vil derfor gi polarisasjonssignaler over mikrobølgebakgrunnen.  (Foto: ESA/Planck Collaboration)
Plancks bilde av den delen av himmelen som BICEP2 dekket (stiplet linje) viser at området har en forgrunn av gass og støv (farge) som er polarisert (linjer) og vil derfor gi polarisasjonssignaler over mikrobølgebakgrunnen. (Foto: ESA/Planck Collaboration)

Men i Melkeveien finnes det gass og støv som skinner med en frekvens nær den kosmiske mikrobølgebakgrunnens og som skaper polarisasjonsmønstre. Denne forgrunnsstrålingen må fjernes fra observasjonene av det eldgamle kosmiske lyset.

- Da vi så B-modus-polarisasjonssignalet i dataene våre, brukte vi modellene som fantes over lys fra intergalaktisk støv, disse indikerte at i området av himmelen som vi brukte var polarisasjonssignalet fra støv lavere enn signalet som vi fant, sier John Kovac ved Harvard University i USA, en av lederne for forskerne på BICEP2.

Romteleskopet Planck har svaret

Siden både BICEP2 og Keck samlet data fra bare en mikrobølgefrekvens, var det vanskelig å skille forgrunnen av lys fra Melkeveien fra den kosmiske bakgrunnen av mikrobølgestråling.

ESAs romteleskop Planck, derimot, scannet hele mikrobølgehimmelen på ni ulike frekvenser. Syv av disse frekvensene dekket også polarisasjon.



I september 2014 viste dataene fra Planck at forgrunnsstrålingen fra Melkeveien er betydelig over hele himmelen. Til og med i de områdene som har minst forgrunnsstråling er polarisasjonssignalet like sterkt som det BICEP2-forskerne fant.

Dermed slo forskerne som jobbet med Planck og BICEP2 seg sammen for å undersøke dataene grundig. Samtidig ble Keck-teleskopets observasjoner fra 2012 og 2013 også tilgjengelig.

Det kosmiske nettet bøyer lys med gravitasjon

Planck/BICEP2/Keck- samarbeidet har nå vist at deteksjonen av polarisasjonssignaler som BICEP2 gjorde ikke er robust når forgrunnsstrålingen fra Melkeveien fjernes fra dataene.

- Dermed har vi dessverre ikke kunnet bekrefte at polarisasjonssignalet som ble funnet stammer fra den kosmiske inflasjonsperioden, sier Jean-Loup Puget ved Institut d’Astrophysique Spatiale i Orsay i Frankrike. Han leder forskningen med HFI-instrumentet på romteleskopet Planck.

Likevel ble en annen kilde til B-modus-polarisasjon av lys fra det tidlige universet funnet. Dette er ikke et signal fra inflasjonsperioden, men det enorme kosmiske nettet som ble dannet senere.

Det eldgamle lyset fra The Big Bang har over tid blitt bøyd av det kosmiske nettet som ble utviklet i universet. I dag kan vi se denne gravitasjonslinseeffekten i mikrobølgebakgrunnen. (Foto: ESA/Planck Collaboration)
Det eldgamle lyset fra The Big Bang har over tid blitt bøyd av det kosmiske nettet som ble utviklet i universet. I dag kan vi se denne gravitasjonslinseeffekten i mikrobølgebakgrunnen. (Foto: ESA/Planck Collaboration)

Strukturene i det kosmiske nettet er så massive at de bøyer stråling ved hjelp av gravitasjonen sin på samme måte som en linse bøyer synlig lys (gravitasjonslinseeffekt).

Dette polarisasjonssignalet er det sterkeste som har blitt oppdaget i mikrobølgebakgrunnen til nå.

Signalene fra romtidens første bølger vil være svake

Plank/BICEP2/Keck-samarbeidet viser også at gravitasjonsbølgene fra inflasjonsperioden bare kan gi et polarisasjonssignal halvparten så sterkt som det som ble funnet med BICEP2.

- Den øvre grensen for signaler som kan skyldes gravitasjonsbølger stemmer godt overens med den øvre grensen funnet av Planck, sier Brendan Crill ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i USA. Han er blant forskerne som jobber både med Planck og BICEP2.

Dermed kan dønningene etter bølgene fra romtidens morgen fortsatt finnes i dataene fra Planck og jakten på dem er allerede godt i gang.

Også et av ESA store fremtidige romprosjekter skal undersøke gravitasjonsbølger.

"A Joint Analysis of BICEP2/Keck Array and Planck Data” av BICEP2/Keck og Planck-samarbeidet har blitt sendt til forskningsjournalen Physical Review Letters. Hele manuskriptet kan lastes ned i PDF-format her.