Big Bang-bølgene fra BICEP2 gruses av støv

ESAs Planck-satellitt er skikkelig gledesfreper i dag.

ESAs Planck-satellitt er skikkelig gledesdreper i dag.

I mars la forskerteamet bak BICEP2-eksperimentet på sydpolen fram resultater som vakte oppsikt: De hevdet å ha observert spor etter gravitasjonsbølger fra Big Bang. Gravitasjonsbølgene så ut til å ha blitt dannet under inflasjonsfasen til universet – en hypotetisk periode ufattelig kort etter Big Bang da universet utvidet seg ufattelig mye ufattelig fort. Og det var her den store nyheten lå. Hadde noen endelig funnet et bevis for at inflasjon faktisk har skjedd? Kosmologimiljøet og dets horder av blodfans var i ekstase.

Her på kollokvium dekket vi både ryktene i forkant av resultatene og resultatene som ble lagt fram. Nå har det blitt lagt fram rykende ferske data fra den europeiske Planck-satellitten. Konklusjonen fra Planck-gjengen: BICEP2 har antagelig bare sett støv. 

Mistanken om at BICEP2-resultatene kunne skyldes støv kom opp ganske raskt etter at resultatene ble presentert, og denne diskusjonen dekket vi selvfølgelig også på kollokvium. Det nye nå er at mistankene er erstattet av harde data – data som bekrefter mistanken. Men hva slags støv? Støv på linsa? På hjernen? I atmosfæren? Nei, støv fra vår egen galakse. For å sitere et tidligere innlegg:

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 strålingen 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.

Signalet fra støv har den egenskapen at det blir sterkere jo høyere frekvensen til  mikrobølgene man måler er. Et problem med BICEP2 er at de i hovedsak målte stråling ved én frekvens, 150 GHz. Ut i fra diverse modeller av støvet i galaksen gjorde de et anslag over hvor mye de trodde støv ville rote til resultatene sine. Problemet var at anslaget de gjorde ser ut til å ha vært altfor lavt!

Den europeiske Planck-satellitten, der flere norske forskere er involvert, har gjort målinger av polarisasjon fra galaksen ved andre frekevenser enn BICEP2, blant annet ved den mye høyere frekvensen 353 GHz. Her står støvet mye tydeligere fram, og målingene har de brukt til å kartlegge signalet fra støv i galaksen. Spesielt analyserer de området på himmelen der BICEP2 har gjort sine observasjoner. Konklusjon: BICEP2 har undervurdert kraftig hvor mye støv det var i området de observerte. Det de trodde var gravitasjonsbølger fra Big Bang var trolig bare støv fra Melkeveien.

Kan vi stole på Planck-resultatene, da? Et mulig problem med Planck er at de har målt signal fra støv ved 353 GHz og bruker dette til å anslå mengden støvsignal ved BICEP2s frekvens 150 GHz. For å kunne gjøre dette trenger de noen antagelser for hvordan støvsignalet endrer seg med frekvensen – men det er liten grunn til å tro at de skal ha bommet kraftig her.

Det begynner å se mørkt ut for BICEP2-resultatene, selv om vi selvfølgelig skal vente enda litt til før vi trekker noen endelig konkulsjoner. Men, det er mandag, og vi ønsker ikke å overøse dere med skuffelser. Derfor tre positive nyheter til slutt:

1. Planck har ikke utelukket at det finnes spor av gravitasjonsbølger – de bare sier at vi må grave oss gjennom litt mer støv enn vi kanskje hadde håpet. Nå samarbeider BICEP2 og Planck, de deler data og ser om de til sammen kan klare å lure fram et nytt signal fra Big Bang-bølger. Planck forventes å legge fram aktuelle resultater i slutten av november.

2. «Støv» er jo ikke så kjipt det heller. Vi siterer Planck-forsker Jo Dunkley fra Twitter i dag:

‘Dust’ seen by is polarised light from tiny grains lined up at right-angles to Milky Way’s magnetic field, heated up by starlight.

3. Jeg er sikker på at mange av dere ikke tror på det dere leser før dere har sett en graf eller to. Disse grafene er til dere!

BICEP2

BICEP2 sine resultater fra mars. x-aksen merket viser størrelsesskala man ser på, y-aksen viser styrken på signalet. Den røde linjen er en teoretisk modell for signal fra inflasjon med kraftige gravitasjonsbølger, og de svarte prikkene med streker er målinger fra BICEP2. Dette ser ut som gravitasjonsbølger, ikke sant? Og hva er de gyselig fargede strekene nederst? Jo, det er forskjellige modeller for støv som BICEP2 har benyttet. Vi ser at alle modellene ligger mye lavere enn det målte signalet. Dette var det som begeistret i mars.

Planck

Og her er de nye målingene av støvsignal fra Planck. Den svarte kurrven her tilsvarer den røde i figuren over – en teoretisk beregning av styrken til gravitasjonsbølgene. De babyblå feltene viser Plancks estimat av signal fra støv ved 150 GHz.  Se på multipoler rundt 100, der BICEP2-signalet er tydeligst. Her ligger støvsignalet mellom 0,01 og 0,02 – akkurat det samme som BICEP2 målte, og rundt 10 ganger høyere enn det støvsignalet BICEP2 trodde de forholdt seg til.

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 picture

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

Facebookbilde

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

Google+ photo

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

Kobler til %s