Telescoop zag stofwolk aan voor oerknalrimpels

De opwinding was groot toen astronomen begin dit jaar sporen van de oerknal vonden. Maar nu blijken dat ze vooral stof uit de Melkweg zagen.

Te vroeg gejuicht. Een nieuwe kaart van de verdeling van het stof in onze Melkweg lijkt de eerder dit jaar met veel enthousiasme onthaalde meetresultaten van een telescoop op Antarctica volledig onderuit te halen. Deze telescoop zou sporen hebben waargenomen van de vroegste uitdijing van het heelal. Maar de kaart laat zien dat het hemelgebied dat met dit instrument is onderzocht veel stofrijker is dan werd aangenomen. Dat stof heeft de metingen van de trillingen van de oerknal waarschijnlijk ernstig verstoord. De kaart verscheen deze week op arXiv en wordt maandag gepubliceerd in Astronomy & Astrophysics.

In maart maakte een team van Amerikaanse wetenschappers bekend dat een speciale radiotelescoop op Antarctica, de BICEP2, een bijzonder signaal had gedetecteerd in de zogeheten kosmische achtergrondstraling. Deze zwakke ‘ruis’ ontstond kort na de oerknal – bijna 14 miljard jaar geleden – als extreem energierijke straling, maar is door de uitdijing van het heelal inmiddels sterk afgezwakt.

Het met BICEP2 gemeten signaal zou het gevolg zijn van gravitatiegolven – kleine rimpelingen in de structuur van ruimte en tijd. Kosmologen (astronomen die het ontstaan van ons heelal onderzoeken) vermoeden dat deze golven tijdens de eerste fractie van een seconde na de oerknal zijn ontstaan. Ze zouden zijn opgewekt tijdens de exponentiële uitdijing die het heelal tijdens deze korte tijdspanne onderging: de zogeheten inflatie.

Het leek er dus op dat BICEP2 in één klap het bestaan van gravitatiegolven en de juistheid van de inflatietheorie had aangetoond. Maar niet lang na de bekendmaking rezen er twijfels over de vermeende detectie. Het BICEP2-team bezwoer weliswaar dat rekening was gehouden met allerlei mogelijke storingsbronnen – andere verschijnselen in het heelal die het gemeten ‘polarisatiesignaal’ konden veroorzaken – maar daar dachten veel wetenschapper anders over.

De gegevens die zijn verzameld met de Planck-satelliet laten zien dat die twijfel terecht was. Planck heeft tussen 2009 en 2013 de kosmische achtergrondstraling over de hele hemel in kaart gebracht – dus ook het stukje hemel dat met BICEP is waargenomen.

De Planck-resultaten geven weliswaar een veel grover beeld van de achtergrondstraling dan BICEP2, maar doen dat wel over een veel breder frequentiegebied. Hierdoor kan veel beter onderscheid worden gemaakt tussen de bijdrage van de kosmische achtergrondstraling en eventuele storingsbronnen.

Het BICEP-team was zich ervan bewust dat stofwolken in onze Melkweg de kosmische achtergrondstraling net zo kunnen polariseren als gravitatiegolven dat zouden doen. De wetenschappers waren er echter stellig van overtuigd dat ze een stukje hemel hadden uitgekozen waar zich weinig galactisch stof bevond.

Uit de analyse van Planck-gegevens blijkt echter dat die inschatting veel te optimistisch was. De ‘stofkaart’ die met de Europese satelliet is gemaakt, laat zien dat het polarisatiesignaal dat met BICEP2 is gemeten grotendeels aan galactische stofwolken moet worden toegeschreven.

Om aan alle onzekerheid een einde te maken, hebben de teams van Planck en BICEP2 nu de handen ineengeslagen. Gezamenlijk zullen ze alle verzamelde gegevens aan een gedetailleerde analyse onderwerpen. Het is niet uitgesloten dat daarbij alsnog een teken van de kosmische inflatie zal worden opgespoord, maar dat zal dan veel zwakker zijn dan het eerder gepubliceerde resultaat.

Als mocht blijken dat het onderzochte hemelgebied zodanig met stof is ‘vervuild’ dat de BICEP2-ontdekking de prullenbak in kan, zal de nieuwe galactische ‘stofkaart’ worden gebruikt om een schoner stukje hemel te selecteren. Dat is goed nieuws voor het BICEP-team, dat tijdens de komende Antarctische zomer – onze winter dus – de verbeterde opvolger van de BICEP2 in stelling zal brengen.

Het slechte nieuws is dat de metingen met BICEP3 tot eind 2016 gaan duren. Daardoor lijkt de kans klein dat dit instrument de wedloop om de ‘heilige graal van de kosmologie’ alsnog gaat winnen. Ironisch genoeg is Planck nu de grootste kanshebber geworden. Al over twee maanden zal de langverwachte analyse worden gepubliceerd van alle gegevens die deze satelliet heeft verzameld. Vermoed wordt dat de polarisatiegegevens van Planck nauwkeurig genoeg zijn om het signaal van de gravitatiegolven in het jonge heelal – als deze inderdaad bestaan – op te sporen.