Et av de store spørsmålene i moderne kosmologi er hvordan de aller første fluktuasjonene i unverset oppstod. I følge dagens kosmologiske standardmodell skjedde dette i en kvantemekanisk prosess, der universet ekspanderte ekstremt raskt, med en faktor på 1028 på bare 10-34 sekunder! Denne prosessen kalles for inflasjon, og teorien bak denne ideen ble utviklet tidlig på 80-tallet.
Så langt finnes det imidlertid ingen direkte observasjonelle bevis for inflasjon, men kun indirekte indisier. Inflasjon har imidlertid en viktig forutsigelse, nemlig at det burde eksistere en svak bakgrunn av tilfeldige gravitasjonsbølger i universet. Og disse gravitasjonsbølgene kan muligens observeres i den kosmiske bakgrunnsstrålingen, i form av et svært spesifikt polarisasjons-mønster. Oppdagelsen av dette mønsteret er blant de aller største trofeene innen kosmologi idag, og har til og med et aldri så lite Nobelpris-potensiale.
Det bør derfor ikke komme som noen overraskelse at mange forskergrupper rundt om i verden leter etter nettopp dette signalet. Et eksempel er QUIET (The Q/U Imaging ExperimenT), som er et samarbeidsprosjekt mellom 14 internasjonalt ledende institusjoner (bl.a. Caltech, Princeton, Oxford, Chicago). Universitetet i Oslo spiller en svært sentral rolle i dette eksperimentet. QUIET-gruppen ved UiO består av tre forskere: Sigurd Næss (doktorgradsstudent ved Institutt for teoretisk astrofysikk), Ingunn Wehus (postdoc ved Fysisk institutt) og Hans Kristian Eriksen (førsteamanuensis ved Institutt for teoretisk astrofysikk). I tillegg utnyttes tungregnemaskinene (Titan) ved USIT og NOTUR tungt.
Figur 2
QUIET er et svært følsomt radioteleskop (Figur 1) som befinner seg i Atacama-ørkenen i Chile, et av verdens aller tørreste steder, og derfor usedvanlig godt egnet for radioastronomi. Observasjonene startet i oktober 2008 og avsluttes 23. desember i år, og strekker seg altså totalt over mer enn to år. I de første seks månedene observerte man med 19 detektorer på frekvenser rundt 43 GHz, mens resten av tiden observerte man med 91 detektorer på frekvenser rundt 94 GHz. Ved å observere på forskjellige frekvenser kan man skille mellom det virkelige kosmologiske signalet og forstyrrelser som kommer fra vår egen galakse.
Den 16. desember 2010 ble resultatene fra 43 GHz-observasjonene offentliggjort, etter mer enn syv års arbeid bestående av planlegging, bygging av instrumenter, observasjoner og analyse. Disse resultatene er i verdensklasse når det gjelder følsomhet, og kun ett annet eksperiment (BICEP) har litt høyere sensitivitet. QUIET vil imidlertid innta tetplassen så snart 94 GHz-observasjonene er analysert, et datasett som er både større i volum og mer følsomt per tid enn 43 GHz-observasjonene.
Figur 2 viser kartene observert i den første fasen av QUIET. I de øvre panelene kan man såvidt skimte det rå polarisasjonssignalet som svake bølger begravet under instrumentell støy, mens i de nedre panelene har man prosessert ut det kosmologiske signalet i såkalte E- og B-moder (venstre og høyre panel); gravitasjonsbølger forventes å opptre som et signal i B-mode-kartet.
Den kosmiske bakgrunnsstrålingen kan beskrives som støy med spesielle korrelasjonsegenskaper, dvs. at det består av flekker med karakteristiske størrelser. Disse egenskapene måles gjerne i form av et såkalt power-spektrum, som angir styrken til støyen på forskjellige lengdeskalaer. Spekteret målt av QUIET (analysert av to forskjellige grupper; Oslo-resultatet er indikert med fylte sirkler og prikkede usikkerheter) er vist i Figur 3. Her sammenlignes også QUIET-resultatet med standard-modellen (den glatte linjen i øverste panel), og man ser at målingene er i god overensstemmelse med modellen.
Figur 3
Gravitasjonsbølger vil opptre som et signal klart forskjellig fra null i det nederste panelet i Figur 3. Man ser imidlertid ikke noe slikt signal i de nåværende observasjonene. Det er derfor nødvendig å forbedre usikkerhetene i disse målingene og lete videre.
Dette skjer i første omgang ved å analysere 94 GHz-observasjonene, som allerede ligger lagret på datamaskiner ved UiO. Arbeidet med dette starter umiddelbart over nyttår, og vil gi verdens beste målinger av denne typen. Videre pågår planlegging av neste fase av QUIET-prosjektet, som vil bestå av både bedre og flere detektorer. Når disse begynner å operere er fortsatt uklart, men antagelig tar det to til tre år. Hovedresultatet fra den nåværende analysen er imidlertid klart: QUIET-instrumentet fungerer som det skal, og jakten på gravitasjonsbølgene kan starte for alvor.