Wer ein bisschen Zeit hat und vor einem englischen Fachvortrag nicht zurückschreckt, kann sich in diesem Video ansehen, wie John Kovac von der Harvard-Universität die Messung der B-Moden erklärt:
Planck vs. BICEP
Die Messung der primordialen B-Moden ist schwierig, aber in den letzten Jahren in den Bereich des technisch möglichen gerückt. Der Satellit Planck wurde im Mai 2009 ins All geschickt und hat in den folgenden Jahren die kosmische Hintergrundstrahlung so genau vermessen wie nie zuvor. Am 23. Oktober 2013 wurde das Weltraumteleskop offiziell außer Dienst gestellt und ich habe hier im Blog schon über die Ergebnisse der Mission berichtet. Die Datenauswertung ist aber noch nicht ganz abgeschlossen und es sind gerade die Ergebnisse zu den B-Moden, die noch fehlen. Bisher gibt es nur Abschätzungen, die in diesem Bild zusammengefasst werden:
Auf die Details des Bilds will ich gar nicht eingehen (das ist auch für mich ein wenig zu speziell und wer möchte, kann sich den zugehörigen Fachartikel durchlesen). Das Diagramm umfasst zwei Parameter, durch die sich verschiedene Inflations-Hypothesen charakterisieren lassen. Auf der y-Achse ist das oben schon angesprochene Verhältnis von Skalar- zu Tensor-Anteil der Unregelmäßigkeiten aufgetragen und die bunten Bereiche und Linien sind diejenigen Regionen, die von den Planck-Daten und verschiedenen Inflationshypothesen beschrieben werden. Wenn zum Beispiel das Modell der “natural inflation” richtig ist, dann sollten die Werte irgendwo im violetten Bereich liegen. Die Beobachtungsdaten von Planck passen zu den blauen, roten und grauen Regionen und da die sich mit der violetten Region überlappen, scheint die natürliche Inflation eine recht gute Beschreibung zu sein. In diesem Bild sieht es so aus, als sollte der Wert für das Skalar/Tensor-Verhältnis irgendwo bei 0,06 liegen, also dort, wo die violette Region die dunkelblauen (also laut Planck wahrscheinlichsten durch die Beobachtungsdaten bestimmten) Bereiche schneidet.
Aber bis jetzt existierte keine konkrete Messung. Planck hat dazu noch nichts veröffentlicht. Aber es gibt auch andere Experimente, zum Beispiel BICEP. Das steht für Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization und ist eine Beobachtungskampagne die am Südpolteleskop in der Antarktis durchgeführt wird. In der trockenen Luft und auf 2800 Meter Höhe hat man vom Südpol aus gute Bedingungen, um die Mikrowellenstrahlung aus dem All zu beobachten. So gute Bedingungen, dass es dort mit BICEP erstmals gelang, die primordialen B-Moden tatsächlich zu messen.
Was hat BICEP entdeckt?
Im Vorfeld der Bekanntgabe der Entdeckung spekulierten viele, dass BICEP genau die angesprochene Detektion von B-Moden gelungen sein könnte, die auf ein Skalar/Tensor-Verhältnis von 0,06 hinweist. Andere vermuteten, dass man einen ganz anderen Wert gemessen hat. Denn bei Beobachtungen dieser Art kann man keine exakten Angaben machen sondern nur statistische Wahrscheinlichkeiten angeben. Das ist so wie in der Teilchenphysik und ich habe die Details hier schon mal ausführlich beschrieben. Betrüge das Verhältnis wirklich ca. 0,06 dann sollte BICEP eigentlich gar nicht der in der Lage sein, es genau genug zu messen, damit es als echte Entdeckung durchgeht. Das ist nur dann möglich, wenn das Verhältnis viel höher ist und zum Beispiel bei 0,2 liegt. Das wäre dann aber ziemlich außergewöhnlich. Dieser Wert ist viel größer als die meisten Wissenschaftler erwartet haben und sehr viele Inflations-Hypothesen würden dadurch widerlegt; andere dagegen sehr wahrscheinlich werden (ich habe zum Beispiel hier von der axion monodromy inflation gelesen, die gut zu diesem Wert passt, ohne aber zu wissen, was das genau ist).
Aber genau das ist es, was BICEP tatsächlich gefunden hat! Clem Pryke, einer der beteiligten Wissenschaftler sagte dazu:
“This has been like looking for a needle in a haystack, but instead we found a crowbar” (“Das ist so, als hätten wir eine Nadel im Heuhaufen gesucht, aber stattdessen ein Brecheisen gefunden”)
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