Beweise für die Theorie der kosmischen Inflation beißen den (Weltraum-)Staub

Planck-Ansicht des BICEP2-Feldes

Dieses Bild vom Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation zeigt die Sicht des Weltraumobservatoriums auf dieselbe Region, die vom antarktischen BICEP2-Projekt beobachtet wurde. Die Planck-Daten legen nahe, dass Lichtmuster, die die kosmische Inflationstheorie bestätigten, tatsächlich durch Weltraumstaub verursacht wurden. (Bildnachweis: ESA / Planck Collaboration. Danksagung: M.-A. Miville-Deschênes, CNRS - Institut d'Astrophysique Spatiale, Université Paris-XI, Orsay, Frankreich)

Es ist die Ankündigung, die niemand hören wollte: Die aufregendste astronomische Entdeckung des Jahres 2014 ist verschwunden. Zwei Gruppen von Wissenschaftlern gaben heute (30. Januar) bekannt, dass ein verlockendes Signal – von dem einige Wissenschaftler behaupteten, es sei ein Beweis für eine dramatische kosmische Expansion kurz nach der Geburt des Universums – tatsächlich durch etwas viel Alltäglicheres verursacht wurde: interstellaren Staub.



In der Ankündigung der kosmischen Inflation, die im März 2014 veröffentlicht wurde, behaupteten Wissenschaftler des BICEP2-Experiments, Muster im Licht, das vom Urknall übrig geblieben war, gefunden zu haben, die darauf hindeuteten, dass sich der Weltraum zu Beginn des Universums, etwa 13,8 Milliarden Jahre, schnell aufgeblasen hatte vor. Die Entdeckung bestätigte angeblich auch die Existenz von Gravitationswellen, theoretischen Wellen in der Raumzeit.

Aber in einer Erklärung heute , sagten Wissenschaftler der Europäischen Weltraumorganisation, dass Daten des Planck-Weltraumobservatoriums der Agentur gezeigt haben, dass interstellarer Staub mehr als die Hälfte des Signals verursacht, das vom antarktischen BICEP2-Experiment erfasst wird. Die Beobachtungen der Planck-Raumsonde waren im März letzten Jahres noch nicht verfügbar, als das BICEP2-Wissenschaftsteam seine Ankündigung machte. [ Kosmische Inflation und der Urknall erklärt (Infografik) ]

'Leider konnten wir nicht bestätigen, dass das Signal ein Abdruck der kosmischen Inflation ist', sagt Jean-Loup Puget, leitender Forscher des HFI-Instruments auf Planck am Institut d'Astrophysique Spatiale in Orsay, Frankreich, sagte in der Aussage . Die Schlussfolgerung ist das Ergebnis einer gemeinsamen Analyse von Wissenschaftlern mit BICEP2 und Planck unter Verwendung von Daten von beiden Teleskopen sowie dem Keck-Array am Südpol.

All-Sky-Karten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) des Planck-Satelliten geben eine bessere Vorstellung davon, wie interstellarer Staub mit dem CMB kollidiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Signal der BICEP2-Kollaboration, das als Beweis für die Inflation im frühen Universum gilt, weitgehend durch Staub verunreinigt war.

All-Sky-Karten des kosmischen Mikrowellenhintergrunds (CMB) des Planck-Satelliten geben eine bessere Vorstellung davon, wie interstellarer Staub mit dem CMB kollidiert. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Signal der BICEP2-Kollaboration, das als Beweis für die Inflation im frühen Universum gilt, weitgehend durch Staub verunreinigt war.(Bildnachweis: ESA und die Planck-Kollaboration)

Licht vom Urknall

BICEP2, Planck und Keck studieren alle die kosmischer Mikrowellenhintergrund (CMB) oder Licht, das vom Urknall übrig geblieben ist und in alle Himmelsrichtungen zu sehen ist. Ein Merkmal des CMB, das in diesen Experimenten untersucht wird, ist seine Polarisation oder die Orientierung der Lichtwellen. (Dieses Phänomen ist vielleicht in Form von polarisierenden Sonnenbrillen bekannt, die die Ausrichtung der Lichtwellen nutzen, indem sie Licht blockieren, das polarisiert wird, wenn es von der Wasseroberfläche abprallt.)

Wenn es bei der Geburt des Universums zu einer Inflation gekommen wäre, hätte dies die Struktur des Universums – die Wissenschaftler Raumzeit nennen – gestört und laut der neuen Aussage sogenannte Gravitationswellen erzeugt. Diese Wellen hätten dann Wirbel in der Polarisation des CMB erzeugt, sogenannte B-Moden. Daher, die Entdeckung dieser B-Modi hätte sowohl die Bestätigung der Inflation als auch den Nachweis von Gravitationswellen bedeutet.

'Die Suche nach dieser einzigartigen Aufzeichnung des sehr frühen Universums ist ebenso schwierig wie aufregend, da dieses subtile Signal in der Polarisation des CMB verborgen ist, die selbst nur ein paar Prozent des gesamten Lichts ausmacht', Jan Tauber, ESA-Projektwissenschaftler für Planck, sagte in der Erklärung.

Als das BICEP2-Team im März bekannt gab, dass es B-Modi erkannt hatte, wurde die Behauptung erfüllt fast sofort mit Bedenken über den Einfluss von Staub. Interstellarer Staub gibt polarisiertes Licht mit ähnlichen Frequenzen wie das CMB ab. Laut ESA-Erklärung wählte das BICEP2-Team eine Himmelsregion aus, in der die Forscher glaubten, dass die Staubemissionen gering sein würden.

Diese All-Sky-Karte der Europäischen Weltraumorganisation

Diese Himmelskarte des Planck-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation zeigt den kosmischen Mikrowellenhintergrund, das älteste Licht im Universum.(Bildnachweis: ESA, Planck-Kollaboration)

Interferenz durch Weltraumstaub

Aber die Planck-Ergebnisse zeigen, dass das Licht von Staub über den gesamten Himmel hinweg signifikant ist – einschließlich der Region, in der BICEP2 angeblich B-Moden beobachtet hat. Während BICEP2 den Himmel nur in einer Lichtwellenlänge sieht, beobachtet Planck das Universum in neun Wellenlängenkanälen, die diesem Instrument helfen, das CMB-Signal vom Hintergrund zu trennen.

Wenn der Staub berücksichtigt wird, wird das von BICEP2 identifizierte Signal zu schwach, um als signifikant angesehen zu werden.

'Die Menge der Gravitationswellen kann wahrscheinlich nicht mehr als etwa die Hälfte des in unserer früheren Studie angegebenen Wertes betragen', sagte Clem Pryke, ein leitender Forscher von BICEP2 an der University of Minnesota.

Die Forscher sagen, dass die gemeinsame Zusammenarbeit eine Obergrenze dafür setzt, wie viele Gravitationswellen durch Inflation erzeugt werden könnten, und zeigt, dass das Auffinden von B-Moden erfordert empfindlichere Messungen . Die Wissenschaftler betonten, dass die Ergebnisse die Inflationstheorie nicht aufheben. BICEP2, Planck, Keck und andere CMB-Teleskope, einschließlich EISBÄR , sucht weiterhin nach B-Modus-Polarisationssignalen.

'Das Gravitationswellensignal könnte immer noch da sein, und die Suche ist definitiv im Gange', sagte Brendan Crill, ein führendes Mitglied des Planck- und des BICEP2-Teams vom Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien.

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