Mi a kozmikus mikrohullámú háttér?
évezredek óta az emberi lény szemléli az univerzumot, és igyekszik meghatározni annak valódi kiterjedését. Míg az ókori filozófusok úgy vélték, hogy a világ lemezből, zigguratból vagy égi óceánokkal vagy valamilyen éterrel körülvett kockából áll, a modern csillagászat fejlődése új határokat nyitott. A 20. századra a tudósok megértették, hogy milyen hatalmas (sőt talán végtelen) az univerzum valójában.,
és az űrbe való messzebb és az időben mélyebbre tekintés során a kozmológusok felfedeztek néhány igazán csodálatos dolgot. Például az 1960-as években a csillagászok tudatában voltak a mikrohullámú háttérsugárzásnak, amely minden irányban kimutatható volt. A kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) néven ismert, ennek a sugárzásnak a létezése segített tájékoztatni megértésünket arról, hogy az univerzum Hogyan kezdődött.
leírás:
a CMB lényegében elektromágneses sugárzás, amely a legkorábbi kozmológiai korszakból maradt fenn, amely áthatja az egész univerzumot., Úgy gondolják, hogy körülbelül 380 000 évvel az ősrobbanás után alakult ki, és finom jeleket tartalmaz arról, hogyan alakultak ki az első csillagok és galaxisok. Míg ez a sugárzás optikai távcsövekkel láthatatlan, a rádióteleszkópok képesek felismerni a rádióspektrum mikrohullámú régiójában a legerősebb halvány jelet (vagy fényt).
A CMB látható távolságban 13,8 milliárd fényév minden irányban, a Föld, a vezető tudósok, hogy meghatározzák, hogy ez az igazi korban az Univerzum. Ez azonban nem jelzi az univerzum valódi mértékét., Tekintettel arra, hogy a tér a korai Univerzum óta tágulási állapotban van (és gyorsabban bővül, mint a fénysebesség), a CMB csupán a legtávolabbi idő, amelyet képesek vagyunk látni.
kapcsolat az Ősrobbanással:
a CMB központi szerepet játszik az Ősrobbanás elméletében és a modern kozmológiai modellekben (például a Lambda-CDM modellben). Ahogy az elmélet fogalmaz, amikor az univerzum 13,8 milliárd évvel ezelőtt született, minden anyag egy végtelen sűrűségű és extrém hőpontra tömörült. Az anyag rendkívüli hője és sűrűsége miatt az univerzum állapota rendkívül instabil volt., Hirtelen ez a pont elkezdett terjeszkedni, és az univerzum, mint tudjuk, elkezdődött.
ekkor a teret fehér-forró plazmaszemcsék egyenletes fénye töltötte meg-protonokból, neutronokból, elektronokból és fotonokból (fényből) állt. Az ősrobbanás után 380 000-150 millió évvel a fotonok folyamatosan kölcsönhatásba léptek a szabad elektronokkal, és nem tudtak nagy távolságokat megtenni. Ezért ezt a korszakot köznyelvben “sötét kornak”nevezik.,
ahogy az univerzum tovább bővült, lehűlt arra a pontra, ahol az elektronok képesek voltak kombinálni a protonokkal hidrogénatomok (más néven. a rekombinációs időszak). Szabad elektronok hiányában a fotonok akadálytalanul mozoghattak az univerzumban, és úgy kezdtek megjelenni, mint ma (azaz átlátszóak és áthatolnak a fényen). A közbeeső milliárd év alatt az univerzum tovább terjeszkedett és nagymértékben lehűlt.,
a tér tágulása miatt a fotonok hullámhossza nagyjából 1 milliméterre nőtt (redshifted lett), tényleges hőmérsékletük pedig éppen az abszolút nulla – 2,7 Kelvin (-270 °C; -454 °F) fölé csökkent. Ezek a fotonok ma kitöltik az univerzumot, és háttérfényként jelennek meg, amely a távoli infravörös és rádióhullámokon is kimutatható.
A tanulmány története:
a CMB létezését először George Gamow ukrán-amerikai fizikus, tanítványaival, Ralph Alpherrel és Robert Herman-nal együtt 1948-ban elméletezte., Ez az elmélet a fényelemek (hidrogén, hélium és lítium) nukleoszintézisének következményeire vonatkozó tanulmányaikon alapult a korai világegyetemben. Lényegében rájöttek, hogy ezeknek az elemeknek a magjainak szintetizálásához a korai Univerzumnak rendkívül forrónak kell lennie.
tovább elméletezték, hogy a rendkívül forró időszakból származó maradék sugárzás áthatol az univerzumban, és kimutatható lesz. A világegyetem tágulása miatt úgy becsülték, hogy ez a háttérsugárzás alacsony hőmérséklete 5 K (-268 °C; -450 °F) – mindössze öt fokkal az abszolút nulla felett–, ami megfelel a mikrohullámú hullámhossznak. Csak 1964-ben fedezték fel a CMB első bizonyítékát.,
Ez Arno Penzias és Robert Wilson amerikai csillagászok eredménye volt a Dicke radiométerrel,amelyet rádiócsillagászati és műholdas kommunikációs kísérletekhez szántak. Az első mérésük során azonban észrevették a 4,2 K-os antenna hőmérsékletének túllépését, amelyet nem tudtak elszámolni, és csak a háttérsugárzás jelenlétével magyarázhatók. Felfedezésükért Penzias és Wilson 1978-ban fizikai Nobel-díjat kapott.,
kezdetben a CMB kimutatása a különböző kozmológiai elméletek támogatói közötti ellentmondás forrása volt. Míg hívei a Big Bang elmélet azt állította, hogy ez volt a “relikviás sugárzás” maradt a Big Bang, hívei a Steady State elmélet azt állította, hogy ez volt az eredménye szétszórt csillagfény távoli galaxisok. Az 1970-es évekre azonban tudományos konszenzus alakult ki, amely kedvezett az Ősrobbanás értelmezésének.
Az 1980-as években a földi eszközök egyre szigorúbb korlátokat helyeztek el a CMB hőmérsékleti különbségeire. Ezek közé tartozott a szovjet RELIKT-1 misszió a Prognoz 9 műhold fedélzetén (amelyet 1983 júliusában indítottak) és a NASA kozmikus háttér-felfedező (COBE) missziója (a who megállapításait 1992-ben tették közzé). Munkájukért a COBE csapat 2006-ban fizikai Nobel-díjat kapott.,
a COBE észlelte a CMB első akusztikus csúcsát, az akusztikai oszcillációkat a plazmában, amely megfelel a gravitációs instabilitás által létrehozott korai univerzum nagy léptékű sűrűségváltozásainak. A következő évtizedben számos kísérlet következett, amelyek földi és ballon alapú kísérletekből álltak, amelyek célja az első akusztikus csúcs pontosabb mérése volt.
a második akusztikus csúcsot több kísérlet is kísérleti jelleggel észlelte, de csak 2001-ben mutatták ki véglegesen a Wilkinson mikrohullámú anizotróp szondát (WMAP)., 2001 és 2010 között, amikor a misszió befejeződött, a WMAP egy harmadik csúcsot is észlelt. 2010 óta több küldetés is figyelemmel kíséri a CMB-t, hogy jobb méréseket nyújtson a polarizációról és a kis méretű sűrűségi változásokról.
ezek közé tartoznak a földi távcsövek, mint például a quad at DASI (QUaD) és a déli pólusú teleszkóp az Amudsen-Scott Déli pólusú állomáson, valamint az Atacama kozmológiai teleszkóp és a Q/U képalkotó kísérlet (csendes) teleszkóp Chilében. Eközben az Európai Űrügynökség Planck űrhajója továbbra is méri a CMB-t az űrből.,
Jövőben a CMB:
Szerint a különböző kozmológiai elméletek, a Világegyetem lehet, hogy egy ponton megszűnik bővülő, majd kezdje el tolatás, amelynek végén egy összeomlás után újabb Nagy Bumm – aka. a nagy válság elmélet. Egy másik forgatókönyv, az úgynevezett Nagy Rip, a terjeszkedés a világegyetem végül vezet minden anyag és a téridő is széttépik.
ha ezen forgatókönyvek egyike sem helyes, és az univerzum gyorsuló ütemben terjeszkedik tovább, a CMB továbbra is redshifting marad arra a pontra, ahol már nem észlelhető., Ezen a ponton az univerzumban létrehozott első csillagfény, majd a feltételezett folyamatok által termelt háttérsugárzási mezők fogják felülmúlni az univerzum jövőjét.
számos érdekes cikket írtunk a kozmikus mikrohullámú háttérről itt, a Universe Today-ben. Itt van, mi a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás?, Big Bang elmélet: az univerzum evolúciója, mi volt a kozmikus infláció?, A legkorábbi univerzum megértésére irányuló törekvés, mérföldkő felfedezés: az új eredmények közvetlen bizonyítékot szolgáltatnak a kozmikus inflációra, és milyen gyorsan terjed az univerzum? A Hubble és a Gaia csapata az eddigi legpontosabb méréseket végzi.
további információért nézze meg a NASA WMAP küldetési oldalát és az ESA Planck küldetési oldalát.
a csillagászati szereplőknek is vannak információik a témáról. Ide figyelj: Episode 5-The Big Bang and Cosmic mikrohullámú háttér