BICEP2 og Big-Bang-bølgene – 80 dager etter

BICEP2 på Sørpolen (Steffen Richter, Harvard University)

BICEP2 på Sørpolen (Steffen Richter, Harvard University)

I mars var det sirkus i astronomiland. Forskere bak BICEP2-eksperimentet holdt en pressekonferanse der de annonserte at de hadde oppdaget rester av gravitasjonsbølger fra Big Bang. Resultatet var det første solide sporet etter inflasjonsfasen – en ufattelig kort periode etter Big Bang der universet utvidet seg ufattelig mye. Nå, 80 dager senere, har støvet etter annonseringen lagt seg – og blitt virvlet opp igjen. Har BICEP2 virkelig sett det de hevdet å ha sett?

Resultatene og betydningen av dem har jeg beskrevet på kollokvium tidligere:

16. mars: Rykter: Vil BICEP avsløre Big Bang-bølger? 

17. mars: Big Bang-bølger oppdaget, og universet har fått en ny æra

Da resultatene ble presentert 17. mars var reaksjonene i fagmiljøet i stor grad preget av entusiasme, men det ble også sådd tvil om hvor robuste konklusjonene var. Noe av denne tvilen er gjengitt i det siste innlegget over (på tross av den litt pinlig uforbeholdne tittelen).

I ukene som har gått har skeptikerne fått stadig mer momentum. Hva har skjedd, og hva er status i dag?

Galaktisk støv

Mye av tvilen rundt BICEP2-resultatene har etter hvert dreid seg om hvorvidt forskerne i tilstrekkelig grad har tatt hensyn til støv fra vår egen galakse når de har analysert dataene sine.

Sporene fra gravitasjonsbølger – som BICEP2 hevdet å ha sett – manifesterer seg i den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Dette er stråling som ble sendt ut 380 000 år etter Big Bang og som treffer oss fra alle kanter, hele tiden. Den kosmiske strålinger er svakt, svakt polarisert, og gravitasjonsbølger fra inflasjon vil sette spor i form av et enda svakere virvelmønster i denne polarisasjonen (les mer i innlegget fra 16. mars). Vi snakker altså om vanskelige, hårfine målinger.

Et problem med disse målingene er at et lignende virvelmønster vil sendes ut fra polarisert støv i vår egen galakse, altså støv som finnes mellom stjernene i Melkeveien. Man må altså kunne skille mellom snørr og bart og vite når man ser støv og når man ser Big Bang.

At galaktisk støv sender ut et slikt signal er velkjent, og det er flere grep man gjøre  for å minimere problemet.

Det viktigste grepet BICEP2 gjorde var å observere et område langt vekk fra planet til Melkeveien. På den måten ser man gjennom veldig lite galakse, og støvproblemet blir dermed minst mulig.

En annen måte å skille støv fra Big Bang på, er å observere stråling i mange ulike frekvenser. Signalet fra støv vil øke med økende frekvens, mens signalet fra Big Bang vil være stabilt ved ulike frekvenser. På dette punktet har BICEP2 et problem. Det meste av resultatet var basert på observasjoner gjort ved en frekvens på 150 MHz (selv om de også inkluderer noen observasjoner gjort ved 100 MHz). Dette er i seg selv ikke godt nok til å skille støv og Big Bang godt fra hverandre, og de var derfor avhengige av å bruke andre metoder til å forsikre seg om at støvet ikke forkludret resultatene. Og det er her de potensielle problemene ligger.

Feiltoking av stjålet støv?

BICEP2-gjengen burde ideelt sett hatt tilgang til data av det samme området, målt i høyere frekvenser, for å forsikre seg om at bidrag fra støv ikke forkludret resultatene. Den gode nyheten er at slike observasjoner finnes. Planck-satellitten har gjort målinger i en rekke frekvenser av hele himmelen, også området BICEP2 har observert.

Det sagnomsuste PowerPoint-lysarket fra Planck

Det sagnomsuste PowerPoint-lysarket fra Planck. Ser du at det står «Not CIB subtracted» oppe til venstre. Ryktet skal ha det til at BICEP2 ikke tok tilstrekkelig hensyn til denne lille setningen.

Den dårlige nyheten er at Planck ennå ikke har publisert disse resultatene. Imidlertid har et foreløpig kart over polarisert stråling fra Melkeveien, målt av Planck, blitt vist fram i en PowerPoint-presentasjon på en konferanse. BICEP2-folket skal ha brukt en pdf-versjon kartet som bakgrunn for å utlede signalet fra støv i området de har observert.

Å skvise ut data fra et slikt kart er noe helt annet enn å bruke rådataene som kartet ble laget av. Kartet er ikke laget for å brukes direkte til forskning. Et rykte skal ha det til at BICEP2-gjengen har misforstått hva dette kartet viste, noe BICEP2-folkene har benektet.

Som kosmologen Peter Coles skriver i et blogginnlegg er det tre spørsmål som melder seg:

  1. Brukte BICEP-2 dette kartet til å anslå bidraget fra støv?
  2. Hvis ja, mistolket de kartet?
  3. Hvis ja, betyr det at de ikke har sett Big Bang-bølger?

Svarene på alle disse spørsmålene er foreløpig usikre. Svaret på spørsmål 1 er antagelig ja. Det som imidlertid er sikkert er at BICEP2-folket også tok i bruk flere andre måter å estimere betydningen av støv, så usikkerheten ligger først og fremst i hvor viktig bruken av dette kartet var.

Og hva sier folkene bak Planck-satellitten, som sitter på dataene bak kartet som ble brukt? Ingenting. Planck skal presentere sine målinger av polarisasjon av den kosmiske bakgrunnsstrålingen senere i år, rundt november, og ser ut til å holde kjeft fram til da.

Når det gjelder å oppdage gravitasjonsbølger fra inflasjon er BICEP2 og Planck å anse som konkurrenter. Hvis det viser seg at BICEP2 faktisk har oppdaget spor av inflasjon og at dette bekreftes av Planck senere i år, da har Planck blitt slått på målstreken. Hvis BICEP2 har klart dette gjennom blant annet å skvise informasjon ut i fra en Power Point-presentasjon fra Planck-gjengen, fra et kart som aldri var ment brukt til direkte analyse, vel, da er Planck-folket neppe særlig happy med det. Og etikken bak et slikt dataskvisestunt kan godt diskuteres. Men inntil videre blir dette mye hvis, hvis og hvis.

Har BICEP2 modellert galaksestøvet bra nok?

I siste halvdel av mai er det to interessante støvartikler som har dukket opp, én av Mortonson og Seljak og en annen av Flauger, Hill og Spergel. I begge artiklene går forfatterne grundig til verks for å modellere hvor mye støv vil kunne bidra til å forkludre BICEP2-resultatene. Begge artiklene konkluderer med at støv vil bidra med så mye usikkerhet til målingene at man ikke kan si sikkert om BICEP2 har sett støv eller Big Bang-bølger.

Harde, harde ord fra Flauger, Hill og Spergel.

Harde, harde ord fra Flauger, Hill og Spergel.

Harde, harde ord fra Mortonson og Seljak.

Harde, harde ord fra Mortonson og Seljak.

Verdt å merke seg er også at flere av forfatterne av de ovenfor nevnte artiklene er personer med betydelig erfaring å tyngde innen denne typen analyser.

Og hva sier BICEP2-folkene? De står, etter hva jeg har registrert, fortsatt ved sine konklusjoner.

Og da var all moro over, eller?

Harde ord og stygge rykter til tross; alt håp er ikke nødvendigvis ute for alle som ønsker seg gravitasjonsbølger fra inflasjon.

Jeg har stilt noen spørsmål til Sigurd Kirkevold Næss, som er postdoc ved universitetet i Oxford. Han var nylig førsteforfatter på en artikkel der Atacama Cosmology Telescope (ACT) presenterte analyser av sine data. ACT måler, akkurat som BICEP2, polarisasjon av den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Imidlertid ser ACT på litt mindre størrelsesskalaer enn BICEP2, og har derfor ikke mulighet til å se spor etter gravitasjonsbølger.

Sigurd Kirkevold Næss på fjellet Cerro Toco i Chile, like ved der ACT-teleskopet ligger. (foto: JRK)

Sigurd er langt i fra enig i at BICEP2-resultatene er lagt døde:

– Jeg synes BICEP2-artikkelen var god. På forhånd var jeg bekymra for flere effekter som kunne forurense BB-spekteret, sier han, og refererer til flere ulike typer potensielle feilkilder i denne typen krevende målinger.

– Men BICEP2-artikkelen inneholdt en rekke tester som tok for seg disse, mener han.

Han synes heller ikke at at BICEP2-folket har tatt lett på støvproblematikken:

– For å teste støv hadde de tatt fire forskjellige polarisert støvmodeller som alle var gode kvalifiserte gjetninger for hvordan dette oppforer seg, og som har blitt brukt av andre eksperimenter for å estimere betydningen av støv.  Og alle modellene var enige om at støv burde være uviktig.

Men slike viktige og kompliserte resultater må dobbeltsjekkes før de tas for god fisk, og Sigurd anslår at han etter å ha lest den første artikkelen fra BICEP2-folket ga resultatet litt over 50% sjanse for å være riktig.

Artikkelen til Flauger, Hill og Spergel, som mente at BICEP2-resultatene like gjerne kan være støv, synes han også er god.

-Men jeg får inntrykk av at de tar litt i i denne artikkelen. Alle effekter som kan øke polarisasjonsfraksjonen tas med, mens ting som kan trekke den ned får lite vekt, sier han.

Denne og flere andre artikler som har dukket opp den senere tiden gjør ham noe mer usikker på BICEP2-resultatene enn han var tidligere. Likevel er ikke tiltroen til BICEP2-resultatene blitt vesentlig svekket.

– Tilliten min til at dette er B-moder fra utenfor vår galakse har kanskje
gått ned med noen prosentpoeng, til rundt 50%. Men innen et år burde vi
ha bekreftelser eller avkreftelser fra flere andre eksperimenter, så
det er bare å smøre seg med (en liten dose) tålmodighet, sier Sigurd.

Presentasjon, pressekonferanse og prosess

Et viktig moment som skiller skikkelig forskning fra pseudovitenskap er at forskningen, før publisering, skal kvalitetssikres gjennom fagfellevudering. Det vil si at en forskningsartikkel sendes til andre eksperter på fagfeltet som vurderer og kommenterer en artikkel før den eventuelt blir publisert i et fagtidsskrift.

Denne prosedyren gjelder også for BICEP2-resultatene, og de er sendt inn til fagfellevurdering. Imidlertid er resultatene ennå ikke publisert i et fagtidsskrift, og langt mindre var de det da resultatene ble presentert på en pressekonferanse i mars.

Dette, at viktige resultater presenteres for pressen før de er fagfellevurdert, har blitt stadig mer vanlig. Blant annet ble oppdagelsen av Higgs-bosonet for to år siden presentert på samme måte – som en pressekonferanse før fagfellevurdering. Da Planck-folket presenterte sine første resultater for et års tid siden, var heller ikke de fagfellevurderte. Artiklene jeg refererte til over, der de ser på usikkerhet fra galaktisk støv, er for øvrig heller ikke fagfellevurderte ennå.

En slik presentasjon-før-kvalitetssikrings-prosedyre har åpenbare positive sider. For eksempel gir det et bredt fagmiljø muligheten til å kommentere og problematisere resultatene før de publiseres. Samtidig tilgjengeliggjøres resultatene for andre forskere tidligere enn hvis man skulle ventet på den ofte omstendelige fagfellevurderingsprosessen. I skrivende stund er det nesten 400 andre vitenskapelige artikler (de fleste ikke fagfellevurderte ennå) som siterer BICEP2-resultatene fra 17. mars.

Dessuten gir diskusjonene og prosessen rundt resultatene også et glimrende vindu inn til hvordan vitenskapen fungerer – for den som gidder kikke.

En ulempe med slike ikke-kvalitetssikrede resultater er selvfølgelig at det øker risikoen for at gale resultater presenteres. Dette kan potensielt bidra til å svekke forskningens omdømme. Desto viktigere er det for forskere, journalister og oss som av og til kommenterer andres forskning – at vi klarer å formidle usikkerheten rundt resultatene godt nok (her er det lett å se at jeg syndet med min «Big Bang-bølger oppdaget»-tittel fra mars).

Javel, men hva skal vi tro om inflasjon og gravitasjonsbølger og sånn nå?

Fint tilbehør til rykteobservasjoner.

Fint tilbehør til rykteobservasjoner.

Nå skal vi lene oss godt tilbake, finne fram popkorn og smågodt, og observere rykter, sladder og skriverier. Og så skal vi følge nøye med når nye harde data, ikke minst fra Planck-satellitten, etter hvert dukker opp.

6 comments

  1. Carbomontanus · juni 5, 2014

    Doktor…

    jeg har akkurat begynt dagen og dette var altfor mye på en gang.

    God fisk?…. jeg håper å komme ut med det første. Vi har fått ny propell og jeg må trimme lyden for alt annet synes nå å gi uttelling for videnskabens prinsipper, at det er billigst og best og røyker og drekker praktisk talt ikke. Og vi har kontroll med iberiasnilene. De skal ha Fe+++ som kompretter og strø- korn antagelig med vanlig mel og fiskemel. men vi må værne skallsnilene.

    Hva man skal si om melkeveien og bakgrunns- strålingen det er neste spørsmål, men jeg har fått tikktakkstativet til å gå i gravitasjonsfeltet og har et problem med en kollega Reidar Finsrud perpetuum mobile som ikke tror at NASA har vært på månen.

    Jeg ser helt elementært at forholdet tung masse og treg masse er rett etter fysikkboka til gymnas på de gamle filmene, men han har ikke gymnas og artium i fysikk.

    Så har vi varmelæra, der er det også sjarlataner og bønnhaser som underviser. De er oppvokst i blokkleilighet i partiet og fagforeningen og har det for seg at varme er en vare og et fluidum som går i pipelines og at flow den ene veien stenger materielt og logisk og viten- skaaaaaaaa- pelig for flow den andre veien. Mens jeg har det for meg at varmestrålingen på bare 3K opp- varmer situasjonen hele tiden også her vi bor. Det er veldig innlysende når man driver med kjøkken og med lodding og slaglodding og sveising og må ha det til å lodde og sveise og flyte punktlig der det skal.

    Hva gjelder «inflasjon» så har jeg tatt meg tilrette på dette nettsted og instruert Ole Rømers prinsipp «Lysets tøven!» som jeg mener er rett forstått og observert, til fortred for det falske begrepet «lyshastigheten» i bestemt form entall.

  2. Alex Read · juni 5, 2014

    Pressekonferansen om Higgs oppdagelsen kom etter et seminar med resultater fra to forskjellige eksperiment. Hvis de hadde vært uenig hadde pressekonferansen vært en annen. Før vi oppdaget Higgsbosonet hadde vi gjenoppdaget en lang liste av kjente partikler og prosesser med de to eksperimentene ATLAS og CMS. Det er ikke uvanlig å presentere preliminære resultater på en konferanse før at fagfeller kan kritisere de. Jeg tror de fleste ville få hakkeslepp hvis de fikk se den voldsomme intern kvalitetssikring som Higgs resultatene måtte komme gjennom.

    • Jostein Riiser Kristiansen · juni 5, 2014

      Jeg er ikke i tvil om at Higgs-oppdagelsen var ekstremt godt kvalitetssikra. Antagelig mye grundigere enn BICEP2. Og i begge tilfeller synes jeg at det i hovedsak er svært positivt at resultatene legges fram før fagfellevurdering. Det er jo også standard prosedyre i mange fagfelt, inkludert kosmologi, at man legger ut preprints på arXiv samtidig som man sender inn artikkelen til en journal. For forskningen er det vanskelig å argumentere for at en slik åpen prosess er negativ. Åpenhet er bra.

      Så får man heller gjøre vurderinger i hvert enkelt tilfelle om hvor robust resultatet er, om det allerede er kvalitetssikret way beyond fagfellevurdering, ala Higgs, eller om det dreier seg om et preprint med vaklende statistisk analyse fra en obskur enkelforsker som mener å ha påvist at universet egentlig er en Klein-flaske.

      • Carbomontanus · juni 6, 2014

        Kristiansen

        Det har videre aspekter som vi også må være bevisste om, selvom de for mange vil kunne være vonde.

        Når bedømmelsen og autoriteten og vetoretten, inngrepet imot menneskerettserklæringens artikler |19 og 27 må være anonym,…. SENSOR må sitte bakjæææææææærnteppet, da bryter man også et grunnleggende premiss for mulig kommunikasjon og dialog.

        Normalt så skal det være slik at Non fingendum aut excogitandum, sed inveniendum qvod natura faciat aut ferat. Det er naturen og empirien under det offisielle, aksiomatisk deduktive og fakultære system som skal dømme og avgjøre og være dommer, ikke SENSORbakjæææææææærnteppet eller fagforeningen i skjul eller folkevisdommen eller «expertene» i anonymt flertall ellert Partipresidiet eller Cardinalene forsamlet på lukket møte eller det øverste sovvv jett og dennes faglige tillitsvalgte i skjul som skal være dommer.

        Heller ikke Lauget i og med Laugsforbudet , LO/NHO- forbudet av 1838, uaktet om Lenin og Mussoliniordenen skulle være innvandret i nyere tid og ha seiret på alle hold og fronter etter det.

        Og ytterligere så er det slik at saken eller funnet må være sikret og vist og bevist ved minst 3 systematisk uavhengige empirriske metoder.

        SENSORs anonymitet er dermed rett og slett ikke compatibel til, eller noen velformet formel i science.

        I praksis så kan det være slik at fagfellene rett og slett ikke existerer, for hva og hvem som bedømmer har jo ikke artium på lovlig vis og savner kroppslig siling med fare for stryk og med sensorveiledning og klageadgang til høyesterett om «Sensor» tuller. «Sensor» kan være fra Partiet og stille heller med kollektivt kursdeltagerbevis hvor kun hans «Kjemi» er blitt avsnust og godskrevet for. Sånt noe er slett ikke så uvanlig i pøbel- land der heller de uskrevne lover har vært fulgt i all den dag og gjennom hele postrevolusjonær periode og vært skarrrp banket og linjegymnastisk drillet som pliktig felles wolleyball for og imot,…… til fellesfaglig konfirmasjon- vokseninnvielse.

        Da er det ofte gunstig og til og med nødvendig at man publiserer, om så gjennom den illegale presse på beviselig måte før man evt sender sine funn eller åndsverk til «sensur» idet SENSORbakjæææææææææærnteppet er full og gal som kjent, og skal derfor kun ha rottegift i billigste papir å ete, send rekommandert og med ilbud, for da dør han langsomt og pinefullt.

        Også det kan være besværlig selvom det er svært effektivt og har sikker virkning, men har man publisert før man risikerer å sende det til publisering, så løper sensor den risiko å bli sittende med puppen og/ eller slipset i rulla om han / hun tuller. Og bukseselene har hun/ han som oftest glemt i alle fall siden han / hun faenåsså må være anonymøøøøøøø.

        Vaclav Havel, Umberto Eco, Andre Bjerke, og Piet Hein, har alle sammen forfattet om den anonyme forlagskonsulent fagkonsulent peer rewiewer og blinde hovedredaktør.Og montert ham hen i redselskabinettet til alminnelig beundring.

        • Jostein Riiser Kristiansen · juni 9, 2014

          Det er klart at det er flere negative sider ved anonymiteten i fagfellevurderingen (i tillegg til flere positive). Derfor er det også positivt at artikler i dag ofte legges ut på nettarkiver som arxiv.org allerede før de er fagfellevurderte. Da kan folk felle sin egen dom over arbeidet, uavhengig av fagfellevurderingen.

  3. Tilbaketråkk: Big-Bang bølgene fra BICEP2 gruses av støv | Kollokvium

Legg igjen en kommentar

Fyll inn i feltene under, eller klikk på et ikon for å logge inn:

WordPress.com-logo

Du kommenterer med bruk av din WordPress.com konto. Logg ut / Endre )

Twitter-bilde

Du kommenterer med bruk av din Twitter konto. Logg ut / Endre )

Facebookbilde

Du kommenterer med bruk av din Facebook konto. Logg ut / Endre )

Google+-bilde

Du kommenterer med bruk av din Google+ konto. Logg ut / Endre )

Kobler til %s