Tvivl om sensationelt fund af signaler fra Big Bang

Da en forskergruppe i marts annoncerede, at de havde målt signaler fra universets fødsel, blev det hyldet som en af århundredets vigtigste videnskabelige opdagelser.

Historien gik verden rundt, fysikerne jublede og her på Videnskab.dk lavede vi sågar en livechat om opdagelsen.

Men flere og flere forskere står nu frem i internationale medier og rejser tvivl om, hvorvidt opdagelsen er korrekt – de mener ikke, at der er tilstrækkeligt med beviser for, at forskergruppen fra det såkaldte BICEP2-samarbejde virkelig har målt signaler fra Big Bang.

»Problemet er den måde, forskerne har behandlet deres data på. På nuværende tidspunkt, vil jeg sige, at der er alvorlig tvivl om, hvorvidt der reelt er tale om en opdagelse,« siger Francesco Sannino, som er professor og leder af forskningscentret CP3 Origins ved Syddansk Universitet

Stor diskussion blandt fysikerne

Ifølge Francesco Sannino er diskussionen om, hvorvidt målingerne er korrekte »det helt store samtaleemne« blandt fysikerne i øjeblikket.

I to uafhængige videnskabs-artikler har udenlandske forskere rejst tvivl om opdagelsens rigtighed, og forleden skrev Paul Steinhardt, leder af Center for Teoretisk Fysik ved det amerikanske Princeton University, en klumme i det videnskabelige tidsskrift Nature, hvor han argumenterede for, at BICEP2-forskerne havde lavet uheldige fejl i deres beregninger.

»Alvorlige fejl i analysen er blevet afsløret, og det omdanner en sikker detektion (af signaler fra Big Bang, red.) til ingen detektion,« skriver Paul Steinhardt i Nature.

Blev set som et bevis for Inflationsteorien

Forskergruppen fra BICEP2-samarbejdet har lavet deres målinger med et avanceret radioteleskop, som er opstillet på Sydpolen.

De stod frem i marts og fortalte, at radioteleskopet havde lavet målinger af såkaldte ’gravitationsbølger’ – krusninger i rumtiden. Disse bølger er også blevet beskrevet som ‘de første rystelser af Big Bang.’

Opdagelsen blev set som et gennembrud, fordi den var det første direkte ‘bevis’, som støttede teorien kendt som ’kosmisk inflation’.

Kosmisk inflation er et fænomen, der forekom splitsekunder efter universets fødsel – Big Bang – og som fik universet til at udvide sig med enorm hastighed.

»Inflationsteorien blev opfundet for at beskrive, hvordan universet voksede efter Big Bang. Hvis forskerne havde målt gravitationsbølger, ville det være et aftryk fra inflation og på den måde et bevis for, at teorien var rigtig,« forklarer Francesco Sannino, som forsker i kosmisk inflation ved Syddansk Universitet.

Ikke bevist, at målingerne af Big Bang er forkerte

Francesco Sannino påpeger, at selvom der er rejst tvivl om, hvorvidt BICEP2-forskerne har analyseret deres data korrekt, så betyder det ikke nødvendigvis, at deres målinger er helt forkerte.

»Det korte svar er, at vi endnu ikke ved, om der er tale om en opdagelse eller ej, fordi vi ikke ved, om de har lavet deres analyser ordentligt. Men det betyder ikke nødvendigvis, at de ikke er der – gravitationsbølgerne – det betyder bare, at kvaliteten af deres data måske ikke er så god,« forklarer Francesco Sannino.

Forskerne bag opdagelsen fastholder da også fortsat, at deres målinger holder vand.

Den amerikanske fysiker James Bock, som er co-leder af BICEP2-experimentet, siger til Nature News, at selvom den primære videnskabelige artikel om fundet »er blevet revideret på baggrund af mange kommentarer og indsendt igen« med henblik på at blive publiceret, så er beviserne for gravitationsbølger »bestemt ikke blevet trukket tilbage.«

Hvad er problemet?

Men hvad er det egentlig, som forskerne kritiserer ved opdagelsen af gravitationsbølgerne?

For at forstå det skal vi lige se lidt nærmere på, hvordan forskerne har lavet deres målinger.

Igennem seks år har BICEP2-radioteleskopet på Sydpolen lavet observationer af den kosmiske baggrundsstråling – det vil sige mikrobølger, som kommer fra rummet.

Den kosmiske baggrundstråling er blevet beskrevet som »en svag glød fra Big Bang« – altså efterladenskaber fra universets fødsel for omkring 14 milliarder år siden.

Forskerne har målt på orienteringen af mikrobølgerne – eller de har med fysikernes ord søgt efter ’B-mode-polariseringen’ på den kosmiske baggrundstråling.

Her fandt de frem til mønstre, som de mente, bar klare tegn på at være oldgamle gravitationsbølger.

Støv forurener målinger af gravitationsbølger

Problemet er imidlertid, at målingerne af den kosmiske baggrundstråling er meget vanskelige at udføre og let bliver forurenede af alt muligt andet.

I to videnskabs-artikler har fysikere netop påpeget, at BICEP2-forskerne ikke har taget tilstrækkeligt højde for, at deres målinger kan være forurenet af kosmisk støv – bittesmå støvpartikler, som findes overalt i verdensrummet.

»Der er intet bevis for detektionen af gravitationsbølger. Det er i overensstemmelse med støv,« siger den teoretiske fysiker David Spergel, som er professor ved Princeton University, til Nature News.

Han står bag den ene af de to videnskabelige artikler, som stiller sig kritisk over for fundet af gravitationsbølger, og som er offentliggjort på onlinetjenesten arXiv preprint.

BICEP2 har undervurderet støvet

På Syddansk Universitet er Francesco Sannino enig i, at kosmisk støv kan være kilde til forurening af målingerne af signalerne fra Big Bang.

»Det ser ud til, at forskerne har undervurderet det kosmiske støv. Det betyder, at signalet er meget svagere, and hvad man først antog. I alle analyser af denne her slags er man nødt til at adskille et signal fra baggrundsstøvet,« siger professor Francesco Sannino.

Han påpeger dog, at det endnu ikke er endeligt afgjort om det kosmiske støv fuldstændig overdøver det sensationelle fund af gravitationsbølger – måske er der blot tale om, at målingerne af gravitationsbølger er mindre statistisk sikre end først antaget.

Det ventes blandt andet, at data fra rumteleskopet Planck vil kunne kaste yderligere klarhed over sagen.

»Heldigvis er der andre eksperimenter, som vil tjekke resultaterne i de kommende måneder, og BICEP2-forskerne vil også tjekke sig selv. BICEP2-forskerne har heller aldrig selv har trukket deres resultater tilbage,« siger Francesco Sannino.

Ventede ikke på peer-review

Da forskerne fra BICEP2 annoncerede deres fund af gravitationsbølger i marts, skete det på et pressemøde på Harvard University.

Annoncereingen skete imidlertid inden, at BICEP2-forskerne havde fået publiceret deres resultater i et videnskabeligt tidsskrift med såkaldt peer review – en proces hvor forskere tjekker hinandens resultater efter i sømmene.

Formålet med peer review er netop at opsnappe fejl i videnskabelige opdagelser, før de bliver en del af den videnskabelige litteratur. Derfor er det en helt normal procedure, at forskere – i modsætning til BICEP2-forskerne – venter med at offentliggøre deres fund, indtil de er blevet publiceret i et videnskabeligt tidsskrift.

Til trods for usikkerheden om BICEP2-forskernes resultater – og uanset hvad senere forskning må vise om deres rigtighed – så mener Francesco Sannino stadig, at der er grund til optimisme.

»Før BICEP2 annoncerede deres resultater, var det en udbredt opfattelse, at gravitationsbølger fra Big Bang ikke fandtes. BICEP2-resulaterne har været positive, fordi de har vækket fysikerne. Selvom opdagelsen måske ikke er korrekt, så har den sat gang i en hel masse nye ideer og fået fysikerne til at tænke anderledes,« slutter Francesco Sannino.