POLARISATIE KOSMISCHE ACHTERGRONDSTRALING ONTDEKT OP ZUIDPOOL

De wedloop om de detectie van de polarisatie van de kosmische microgolf-achtergrondstraling is gewonnen door astronomen van de universiteiten van Chicago en Californië. Onlangs maakten zij bekend dit zeer zwakke effect, waarnaar al jarenlang is gezocht, met hun Degree Angular Scale Interferometer (DASI) op de Amundsen-Scottbasis op de Zuidpool te hebben gemeten. De nu gemeten polarisatie werd al voorspeld door de huidige standaardtheorie van het ontstaan van het heelal en biedt weer een extra hulpmiddel om het ontstaan van de eerste structuren daarin te bestuderen. De resultaten zullen binenkort gepubliceerd worden in de Astrophysial Journal.

De kosmische achtergrondstraling, bij toeval ontdekt in 1964, dateert uit de tijd dat het heelal ongeveer 400.000 jaar oud was. Daarvoor was het heelal een ziedende zee van atoomkernen, elektronen en fotonen. Zo'n 400.000 jaar na de Oerknal was dit plasma door de expansie echter zo ver afgekoeld dat zich neutrale atomen konden vormen, ofwel materie, en fotonen zich vrij konden gaan bewegen. Het heelal gloeide toen in het `licht' van ultrakorte gammastraling, maar die is na 14 miljard jaar expansie overgegaan in microgolfstraling waarvan het spectrum overeenkomt met een temperatuur van slechts 2,73 Kelvin.

Minieme verschillen in deze temperatuur, ontdekt in 1992, wijzen er op dat het oerplasma niet overal even heet was. Dit komt doordat sommige gebieden in dit plasma door de zwaartekracht samentrokken, terwijl andere door stralingsdruk expandeerden. De hierdoor ontstane temperatuurverschillen manifesteren zich nu aan onze hemel als warmere en koelere plekken met diameters die uiteenlopen van boogminuten tot booggraden. De manier waarop deze temperatuurverschillen als functie van de hoediameter veranderen (het zogeheten power spectrum) zegt iets over de geometrie van het heelal.

De polarisatie van de kosmische achtergrondstraling kwam tot stand toen de straling die 400.000 jaar na de Oerknal was `ontkoppeld' voor het laatst door de eveneens ontkoppelde materie werd verstrooid. Door deze polarisatie te meten kunnen astronomen te weten komen waar deze straling werd gereflecteerd en hoe de hiervoor verantwoordelijke materie dus in het jonge heelal was verspreid. Deze metingen leveren in principe nauwkeuriger gegevens op dan de metingen aan temperatuurvariaties. De fotonen waarmee deze laatste samenhangen worden namelijk beïnvloed door de gravitatievelden van de later ontstane structuren, terwijl de polarisatie niet door zwaartekracht verandert.

Omdat het polarisatie-effect tienmaal zo zwak is als de temperatuurvariaties, hebben astronomen er lang naar moeten zoeken. John Carlstrom en zijn collega's hebben het nu ontdekt na met hun DASI-interferometer, bestaande uit 13 hoornantennes met ontvangers en polarisatoren, twee hemelgebiedjes van 5° diameter tweehonderd uur lang waar te nemen. In deze gebiedjes blijken zowel de sterkte als de richting van de polarisatie van de kosmische achtergrondstraling over hoekjes van 10 boogminuten relatief fors te variëren.

De polarisatiewaarnemingen lijken in eerste instantie in overeenstemming met het huidige complexe heelalmodel, waarin onze kosmos voor meer dan 95 procent uit donkere materie bestaat en er bovendien een `donkere' energie bestaat die de uitdijing van het heelal tegenwerkt. De astronomen hopen dat nauwkeuriger polarisatiemetingen in de toekomst meer informatie over het oerplasma in het heelal zullen opleveren, met name over de bewegingen ervan. Die metingen zullen van instrumenten op aarde moeten komen: de vorig jaar gelanceerde MAP-satelliet (Microwave Anisotropy Probe) en de in 2007 te lanceren Planck kunnen geen polarisaties meten.

    • George Beekman