Hvad er den kosmiske mikrobølge baggrund?
i tusinder af år har mennesket overvejet universet og forsøgt at bestemme dets sande omfang. Og mens gamle filosoffer troede, at verden bestod af en disk, enigiggurat eller en terning omgivet af himmelske oceaner eller en slags ether, åbnede udviklingen af moderne astronomi deres øjne for nye grænser. I det 20. århundrede begyndte forskere at forstå, hvor stort (og måske endda uendeligt) universet virkelig er.,
og i løbet af at se længere ud i rummet og dybere tilbage i tiden har kosmologer opdaget nogle virkelig fantastiske ting. For eksempel blev astronomer i 1960 ‘ erne opmærksomme på mikrobølge baggrundsstråling, der kunne påvises i alle retninger. Kendt som den kosmiske Mikrobølgebaggrund (CMB) har eksistensen af denne stråling bidraget til at informere vores forståelse af, hvordan universet begyndte.
beskrivelse:
CMB er i det væsentlige elektromagnetisk stråling, der er tilbage fra den tidligste kosmologiske epoke, der gennemsyrer hele universet., Det antages at have dannet sig omkring 380.000 år efter Big Bang og indeholder subtile indikationer på, hvordan de første stjerner og galakser dannede sig. Selvom denne stråling er usynlig ved hjælp af optiske teleskoper, er radioteleskoper i stand til at registrere det svage signal (eller glød), der er stærkest i mikrobølgeområdet i radiospektret.
CMB er synlig i en afstand af 13, 8 milliarder lysår i alle retninger fra jorden, hvilket fører forskere til at bestemme, at dette er universets sande alder. Det er dog ikke en indikation af universets sande omfang., I betragtning af at rummet har været i en ekspansionstilstand lige siden det tidlige Univers (og ekspanderer hurtigere end lysets hastighed), er CMB kun den længst tilbage i tiden, vi er i stand til at se.
forhold til Big Bang:
CMB er centralt for Big Bang-teorien og moderne kosmologiske modeller (såsom Lambda-CDM-modellen). Som teorien går, da universet blev født for 13, 8 milliarder år siden, blev alt stof kondenseret til et enkelt punkt med uendelig tæthed og ekstrem varme. På grund af stoffets ekstreme varme og densitet var universets tilstand meget ustabil., Pludselig begyndte dette punkt at udvide sig, og universet, som vi kender det, begyndte.
på dette tidspunkt blev rummet fyldt med en ensartet glød af hvid-varme plasmapartikler – som bestod af protoner, neutroner, elektroner og fotoner (lys). Mellem 380.000 og 150 millioner år efter Big Bang interagerede fotonerne konstant med frie elektroner og kunne ikke rejse lange afstande. Derfor bliver denne epoke i daglig tale omtalt som “den mørke middelalder”.,
da Universet fortsatte med at udvide, afkøles det til det punkt, hvor elektroner var i stand til at kombinere med protoner for at danne hydrogenatomer (aka. Rekombinationsperioden). I mangel af frie elektroner kunne fotonerne bevæge sig uhindret gennem universet, og det begyndte at fremstå som det gør i dag (dvs.gennemsigtigt og gennemsyret af lys). I løbet af de mellemliggende milliarder af år fortsatte universet med at udvide sig og afkøles kraftigt.,
på Grund af den ekspansion af rummet, bølgelængder af fotoner voksede (blev “rødforskudt’) til omkring 1 millimeter-og deres faktiske temperatur er faldet til lige over det absolutte nulpunkt på 2,7 Kelvin (-270 °C; -454 °F). Disse fotoner fylder universet i dag og fremstår som en baggrundsglød, der kan detekteres i de langt infrarøde og radiobølgelængder.
Studiehistorie:
eksistensen af CMB blev først teoretiseret af den ukrainsk-amerikanske fysiker George Gamo.sammen med sine studerende, Ralph Alpher og Robert Herman, i 1948., Denne teori var baseret på deres undersøgelser af konsekvenserne af nukleosyntese af lette elementer (hydrogen, helium og lithium) i det meget tidlige Univers. I det væsentlige indså de, at det tidlige Univers skulle være ekstremt varmt for at syntetisere kernerne i disse elementer.
de teoretiserede yderligere, at den resterende stråling fra denne ekstremt varme periode ville gennemsyre universet og ville være detekterbar. På grund af universets udvidelse estimerede de, at denne baggrundsstråling ville have en lav temperatur på 5 K (-268.C; -450. f) – kun fem grader over absolut nul – hvilket svarer til mikrobølgelængder. Det var først i 1964, at det første bevis for CMB blev opdaget.,
dette var resultatet af amerikanske astronomer Arno Pen .ias og Robert .ilson ved hjælp af Dicke-radiometeret, som de havde til hensigt at bruge til radioastronomi og satellitkommunikationseksperimenter. Når de gennemførte deres første måling, bemærkede de imidlertid et overskud på 4, 2 K antennetemperatur, som de ikke kunne redegøre for og kun kunne forklares ved tilstedeværelsen af baggrundsstråling. Til deres opdagelse blev Pen .ias og Penilson tildelt Nobelprisen i fysik i 1978.,
oprindeligt var detekteringen af CMB en kilde til Strid mellem fortalere for forskellige kosmologiske teorier. Mens fortalere for Big Bang-teorien hævdede, at dette var den “relikstråling”, der var tilbage fra Big Bang, argumenterede fortalere for Steady State-teorien, at det var resultatet af spredt stjernelys fra fjerne galakser. I 1970 ‘ erne var der imidlertid opstået en videnskabelig konsensus, der favoriserede Big Bang-fortolkningen.
i Løbet af 1980’erne, jordbaserede instrumenter, der er placeret stadig strengere grænser for temperaturforskelle af CMB. Disse omfattede den Sovjetiske RELIKT-1 mission ombord på Prognoz 9-satellit (som blev lanceret i juli 1983) og NASA ‘ s Cosmic Background Explorer (COBE) missionen (der er resultater blev offentliggjort i 1992). For deres arbejde modtog COBE-teamet Nobelprisen i fysik i 2006.,
COBE detekterede også CMB ‘ s første akustiske top, akustiske svingninger i plasmaet, hvilket svarer til store tæthedsvariationer i det tidlige univers skabt af gravitationsinstabiliteter. Mange eksperimenter fulgte i løbet af det næste årti, som bestod af jord-og ballonbaserede eksperimenter, hvis formål var at give mere nøjagtige målinger af den første akustiske top.
den anden akustiske Top blev foreløbigt påvist ved flere eksperimenter, men blev ikke endeligt påvist, før Microwaveilkinson-Mikrobølgeanisotropi-sonden (.map) blev implementeret i 2001., Mellem 2001 og 2010, da missionen blev afsluttet, opdagede .map også en tredje top. Siden 2010 har flere missioner overvåget CMB for at give forbedrede målinger af polarisationen og småskala variationer i densitet.
Disse omfatter jordbaserede teleskoper som SØGEN på DASI (QUaD) og South Pole Telescope på Amudsen-Scott South Pole Station, og de Atacama Cosmology Telescope og Q/U Imaging Eksperiment (STILLE) teleskopet i Chile. I mellemtiden fortsætter Det Europæiske Rumagenturs Planck-rumfartøj med at måle CMB fra rummet.,
CMB ‘ s fremtid:
ifølge forskellige kosmologiske teorier kan universet på et tidspunkt ophøre med at udvide og begynde at vende, kulminere i et sammenbrud efterfulgt af en anden Big Bang – aka. Den Store Crunch teori. I et andet scenario, kendt som The Big Rip, vil udvidelsen af universet i sidste ende føre til, at alt stof og rumtid selv bliver revet fra hinanden.
Hvis ingen af disse scenarier er korrekte, og universet fortsatte med at ekspandere med en accelererende hastighed, vil CMB fortsætte med at skifte til det punkt, hvor det ikke længere kan påvises., På dette tidspunkt vil det blive overhalet af det første stjernelys skabt i universet, og derefter af baggrundsstrålingsfelter produceret af processer, der antages, vil finde sted i universets fremtid.
Vi har skrevet mange interessante artikler om den kosmiske mikrobølge baggrund her på Universe Today. Her er hvad er den kosmiske mikrobølge baggrundsstråling?, Big Bang teori: Evolution af vores univers, hvad var kosmisk Inflation?, Søgen efter at forstå det tidligste univers, skelsættende opdagelse: nye resultater giver direkte bevis for kosmisk Inflation, og hvor hurtigt udvides universet? Hubble og Gaia går sammen om at foretage de mest nøjagtige målinger til dato.
For mere information, tjek NASAs missionmap mission side og ESA ‘ s Planck mission side.
astronomi Cast har også oplysninger om emnet. Lyt her: Episode 5-Big Bang og kosmisk mikrobølge baggrund