ESA's Planck-satelliet heeft geen nieuw bewijs gevonden voor de raadselachtige kosmische anomalieën die op zijn temperatuurkaart van het heelal verschenen. De laatste studie sluit de mogelijke relevantie van de anomalieën niet uit, maar ze betekenen wel dat astronomen nog harder moeten werken om de oorsprong van deze raadselachtige kenmerken te begrijpen.

De nieuwste resultaten van Planck zijn afkomstig van een analyse van de polarisatie van de kosmische microgolfachtergrondstraling (CMB) - het oudste licht in de kosmische geschiedenis, vrijgegeven toen het heelal slechts 380.000 jaar oud was.

De eerste analyse van de satelliet, die in 2013 openbaar werd gemaakt geconcentreerd op de temperatuur van deze straling aan de hemel. Hierdoor kunnen astronomen het ontstaan ​​en de evolutie van de kosmos onderzoeken. Hoewel het grotendeels het standaardbeeld bevestigde van hoe ons universum evolueert, Plancks eerste kaart onthulde ook een aantal anomalieën die moeilijk te verklaren zijn binnen het standaardmodel van de kosmologie.

De anomalieën zijn vage kenmerken aan de hemel die op grote hoekschalen verschijnen. Het zijn beslist geen artefacten die worden geproduceerd door het gedrag van de satelliet of de gegevensverwerking, maar ze zijn zo zwak dat het statistische toevalstreffers kunnen zijn - schommelingen die uiterst zeldzaam zijn, maar niet volledig worden uitgesloten door het standaardmodel.

Alternatief, de anomalieën kunnen een teken zijn van 'nieuwe fysica', de term die wordt gebruikt voor nog niet herkende natuurlijke processen die de bekende natuurwetten zouden uitbreiden.

Om de aard van de anomalieën verder te onderzoeken, het Planck-team keek naar de polarisatie van de CMB, die werd onthuld na een nauwgezette analyse van de multifrequentiegegevens die zijn ontworpen om bronnen van microgolfemissie op de voorgrond te elimineren, inclusief gas en stof in ons eigen Melkwegstelsel.

Dit signaal is de beste meting tot nu toe van de zogenaamde CMB polarisatie E-modes, en dateert uit de tijd dat de eerste atomen in het heelal werden gevormd en de CMB werd vrijgegeven. Het wordt geproduceerd door de manier waarop licht door elektronendeeltjes werd verstrooid net voordat de elektronen werden verzameld in waterstofatomen.

Polarisatie geeft een bijna onafhankelijke kijk op de CMB, dus als de anomalieën daar ook zouden opduiken, dit zou het vertrouwen van astronomen vergroten dat ze kunnen worden veroorzaakt door nieuwe fysica in plaats van statistische toevalstreffers.

Hoewel Planck oorspronkelijk niet was ontworpen om zich te concentreren op polarisatie, zijn waarnemingen zijn gebruikt om tot nu toe de meest nauwkeurige kaarten van de hele hemel van de CMB-polarisatie te maken. Deze zijn in 2018 gepubliceerd, de kwaliteit van Plancks eerste polarisatiekaarten aanzienlijk verbeteren, uitgebracht in 2015.

Toen het Planck-team naar deze gegevens keek, ze zagen geen duidelijk teken van de anomalieën. Op zijn best, de analyse, vandaag gepubliceerd in Astronomie en astrofysica , onthulde enkele zwakke aanwijzingen dat sommige van de anomalieën aanwezig kunnen zijn.

"De polarisatiemetingen van Planck zijn fantastisch, " zegt Jan Tauber, ESA Planck-projectwetenschapper.

"Maar ondanks de geweldige gegevens die we hebben, we zien geen significante sporen van anomalieën."

Op het oog, hierdoor lijkt de kans groter dat de anomalieën statistische toevalstreffers zijn, maar eigenlijk sluit het nieuwe fysica niet uit, omdat de natuur misschien lastiger is dan we ons voorstellen.

tot nu toe, er is geen overtuigende hypothese voor wat voor soort nieuwe fysica de anomalieën zou kunnen veroorzaken. Dus, het kan zijn dat het verantwoordelijke fenomeen alleen de temperatuur van de CMB beïnvloedt, maar niet de polarisatie.

Vanuit dit standpunt, hoewel de nieuwe analyse niet bevestigt dat er nieuwe fysica plaatsvindt, het legt er wel belangrijke beperkingen op.

De ernstigste anomalie die op de CMB-temperatuurkaart naar voren kwam, is een tekort in het signaal dat wordt waargenomen op grote hoekschalen aan de hemel, ongeveer vijf graden - ter vergelijking, de volle maan omspant ongeveer een halve graad. Op deze grote schaal De metingen van Planck zijn ongeveer tien procent zwakker dan het standaardmodel van de kosmologie zou voorspellen.

Planck bevestigde ook, met een hoog statistisch vertrouwen, andere afwijkende eigenschappen die waren gesuggereerd in eerdere waarnemingen van de CMB-temperatuur, zoals een significante discrepantie van het signaal zoals waargenomen in de twee tegenovergestelde hemisferen van de hemel, en een zogenaamde 'koude plek' – een grote, lage temperatuur plek met een ongewoon steil temperatuurprofiel.

"We zeiden ten tijde van de eerste release dat Planck de anomalieën zou testen met behulp van zijn polarisatiegegevens. De eerste set polarisatiekaarten die schoon genoeg zijn voor dit doel, werd in 2018 uitgebracht, nu hebben we de resultaten, " zegt Krzysztof M. Górski, een van de auteurs van het nieuwe artikel, van het Jet Propulsion Laboratory (JPL), Caltech, ONS..

Helaas, de nieuwe gegevens brachten het debat niet verder, aangezien de laatste resultaten de aard van de anomalieën bevestigen noch ontkennen.

"We hebben enkele aanwijzingen dat, in de polarisatiekaarten, er kan een machtsasymmetrie zijn die vergelijkbaar is met degene die wordt waargenomen in de temperatuurkaarten, hoewel het statistisch niet overtuigend blijft, " voegt Enrique Martínez González toe, ook een co-auteur van het papier, van Instituto de Física de Cantabria in Santander, Spanje.

Hoewel er een verdere analyse van de Planck-resultaten zal plaatsvinden, het is onwaarschijnlijk dat ze significant nieuwe resultaten zullen opleveren over dit onderwerp. De voor de hand liggende route om vooruitgang te boeken is voor een speciale missie die speciaal is ontworpen en geoptimaliseerd om de CMB-polarisatie te bestuderen, maar dit is minstens 10 tot 15 jaar in de toekomst.

"Planck heeft ons de beste gegevens gegeven die we in de afgelopen tien jaar zullen hebben. " zegt co-auteur Anthony Banday van het Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie in Toulouse, Frankrijk.

Ondertussen, het mysterie van de anomalieën gaat verder.