Czym jest kosmiczne Tło mikrofalowe?
od tysięcy lat człowiek kontempluje wszechświat i stara się określić jego prawdziwy zasięg. I podczas gdy starożytni filozofowie wierzyli, że świat składa się z dysku, zigguratu lub sześcianu otoczonego niebiańskimi oceanami lub jakimś eterem, rozwój nowoczesnej astronomii otworzył im oczy na nowe granice. W XX wieku naukowcy zaczęli rozumieć, jak rozległy (a może nawet niekończący się) jest wszechświat.,
i w trakcie spoglądania dalej w Przestrzeń i głębiej w czasie, kosmolodzy odkryli kilka naprawdę niesamowitych rzeczy. Na przykład w latach 60. astronomowie zdali sobie sprawę z mikrofalowego promieniowania tła, które było wykrywalne we wszystkich kierunkach. Znane jako kosmiczne mikrofalowe Tło (CMB), istnienie tego promieniowania pomogło nam zrozumieć, jak rozpoczął się wszechświat.
opis:
CMB jest zasadniczo promieniowaniem elektromagnetycznym, które pozostało z najwcześniejszej epoki kosmologicznej, która przenika cały wszechświat., Uważa się, że uformowała się około 380 000 lat po Wielkim Wybuchu i zawiera subtelne wskazówki, w jaki sposób powstały pierwsze gwiazdy i galaktyki. Podczas gdy promieniowanie to jest niewidoczne za pomocą teleskopów optycznych, radioteleskopy są w stanie wykryć słaby sygnał (lub blask), który jest najsilniejszy w mikrofalowym obszarze widma radiowego.
CMB jest widoczny w odległości 13,8 miliarda lat świetlnych we wszystkich kierunkach od Ziemi, co skłoniło naukowców do ustalenia, że jest to prawdziwa Epoka wszechświata. Nie jest to jednak wskazanie rzeczywistego zasięgu wszechświata., Biorąc pod uwagę, że przestrzeń jest w stanie ekspansji od wczesnego wszechświata (i rozszerza się szybciej niż prędkość światła), CMB jest tylko najdalej w czasie, jaki jesteśmy w stanie zobaczyć.
związek z Wielkim Wybuchem:
CMB jest centralnym elementem teorii Wielkiego Wybuchu i nowoczesnych modeli kosmologicznych (takich jak model Lambda-CDM). Jak głosi teoria, kiedy Wszechświat narodził się 13,8 miliarda lat temu, cała materia została skondensowana do jednego punktu o nieskończonej gęstości i ekstremalnym cieple. Ze względu na ekstremalne ciepło i gęstość materii, Stan wszechświata był bardzo niestabilny., Nagle ten punkt zaczął się rozszerzać i Wszechświat, jaki znamy, zaczął się.
w tym czasie przestrzeń wypełniała jednorodna poświata rozgrzanych na biało cząstek plazmy, na którą składały się protony, neutrony, elektrony i fotony (światło). Pomiędzy 380 000 a 150 milionami lat po Wielkim Wybuchu fotony stale oddziaływały z swobodnymi elektronami i nie mogły podróżować na duże odległości. Stąd Epoka ta jest potocznie określana jako „wieki ciemne”.,
gdy Wszechświat nadal się rozszerzał, ochładzał się do punktu, w którym elektrony były w stanie połączyć się z protonami, tworząc atomy wodoru (aka. okres rekombinacji). W przypadku braku wolnych elektronów fotony mogły poruszać się bez przeszkód po wszechświecie i zaczęły pojawiać się tak, jak dzisiaj (tj. przezroczyste i przenikane przez światło). Przez kolejne miliardy lat Wszechświat nadal się rozszerzał i znacznie ochładzał.,
ze względu na ekspansję przestrzeni, długości fal fotonów wzrosły (stały się „przesunięte na Czerwono”) do około 1 milimetra, a ich efektywna temperatura spadła do nieco powyżej zera bezwzględnego – 2,7 Kelvina (-270 °C; -454 °F). Fotony te wypełniają dzisiejszy wszechświat i pojawiają się jako blask tła, który można wykryć w falach dalekiej podczerwieni i radiowych.
Historia badań:
istnienie CMB zostało po raz pierwszy teoretyzowane przez ukraińsko-amerykańskiego fizyka George ' a Gamowa, wraz ze swoimi uczniami, Ralphem Alpherem i Robertem Hermanem, w 1948 roku., Teoria ta opierała się na ich badaniach nad konsekwencjami nukleosyntezy lekkich pierwiastków (wodoru, helu i litu) w bardzo wczesnym Wszechświecie. Zasadniczo zdali sobie sprawę, że aby zsyntetyzować jądra tych pierwiastków, wczesny Wszechświat musiał być ekstremalnie gorący.
Dalej teoretyzowali, że resztki promieniowania z tego niezwykle gorącego okresu przenikną wszechświat i będą wykrywalne. Ze względu na ekspansję wszechświata oszacowano, że to promieniowanie tła będzie miało niską temperaturę 5 K (-268 °C; -450 °F) – zaledwie pięć stopni powyżej zera absolutnego – co odpowiada długości fal mikrofalowych. Dopiero w 1964 roku odkryto pierwsze dowody na istnienie CMB.,
był to efekt zastosowania radiometru Dicke ' a przez amerykańskich astronomów Arno Penziasa i Roberta Wilsona, który zamierzali wykorzystać do eksperymentów radioastronomii i łączności satelitarnej. Jednak podczas pierwszego pomiaru zauważyli przekroczenie temperatury anteny 4,2 K, której nie mogli uwzględnić i którą można było wyjaśnić jedynie obecnością promieniowania tła. Za swoje odkrycie Penzias i Wilson zostali uhonorowani Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki w 1978 roku.,
początkowo wykrycie CMB było źródłem sporów między zwolennikami różnych teorii kosmologicznych. Podczas gdy zwolennicy teorii Wielkiego Wybuchu twierdzili, że jest to „promieniowanie reliktowe” pozostawione po Wielkim Wybuchu, zwolennicy teorii stanu stacjonarnego twierdzili, że jest to wynik rozproszonego światła gwiazd z odległych galaktyk. Jednak w latach 70. pojawił się konsensus naukowy, który faworyzował interpretację Wielkiego Wybuchu.
podczas 1980s, naziemne Instrumenty umieścić coraz bardziej rygorystyczne limity na różnice temperatur CMB. Obejmowały one radziecką misję RELIKT-1 na pokładzie satelity Prognoz 9 (która została wystrzelona w lipcu 1983 roku) oraz misję NASA Cosmic Background Explorer (COBE) (której wyniki opublikowano w 1992 roku). Za swoją pracę zespół COBE otrzymał w 2006 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.,
COBE wykrył również pierwszy pik akustyczny CMB, oscylacje akustyczne w plazmie, które odpowiadają dużym wahaniom gęstości we wczesnym Wszechświecie utworzonym przez niestabilności grawitacyjne. W ciągu następnej dekady przeprowadzono wiele eksperymentów, które składały się z eksperymentów naziemnych i balonowych, których celem było zapewnienie dokładniejszych pomiarów pierwszego piku akustycznego.
drugi pik akustyczny został wstępnie wykryty w kilku eksperymentach, ale ostatecznie nie został wykryty, dopóki Wilkinson Microwave Anizotropy Probe (WMAP) została wdrożona w 2001 roku., W latach 2001-2010, kiedy misja została zakończona, WMAP wykrył również trzeci szczyt. Od 2010 roku wiele misji monitoruje CMB, aby zapewnić lepsze pomiary polaryzacji i małych zmian gęstości.są to teleskopy naziemne, takie jak QUEST w Dasi (QUaD) i South Pole Telescope w stacji Amudsen-Scott South Pole Station, oraz Atacama Cosmology Telescope i q/U Imaging ExperimenT (QUIET) telescope w Chile. Tymczasem Europejska Agencja Kosmiczna Planck kontynuuje pomiary CMB z kosmosu.,
przyszłość CMB:
zgodnie z różnymi teoriami kosmologicznymi, Wszechświat może w pewnym momencie przestać się rozszerzać i zacząć się cofać, kończąc się zawaleniem, a następnie kolejnym Wielkim Wybuchem – aka. Teoria wielkiego chrupania. W innym scenariuszu, znanym jako wielkie rozdarcie, ekspansja wszechświata ostatecznie doprowadzi do rozdarcia całej materii i samej czasoprzestrzeni.
Jeśli żaden z tych scenariuszy nie będzie prawidłowy, a wszechświat będzie się rozszerzał w przyspieszonym tempie, CMB będzie nadal przesuwać się ku czerwieni do punktu, w którym nie jest już wykrywalny., W tym momencie zostanie on wyprzedzony przez pierwsze światło gwiazd stworzone we wszechświecie, a następnie przez pola promieniowania tła wytwarzane przez procesy, które są zakładane, będą miały miejsce w przyszłości wszechświata.
napisaliśmy wiele ciekawych artykułów na temat kosmicznego tła mikrofalowego tutaj w Universe Today. Czym jest kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła?, Big Bang Theory: Evolution of our Universe, What Was Cosmic Inflation?, Poszukiwanie zrozumienia najwcześniejszego wszechświata, przełomowe odkrycie: Nowe wyniki dostarczają bezpośrednich dowodów na kosmiczną inflację i jak szybko wszechświat się rozwija? Hubble i Gaia współpracują, aby przeprowadzić jak najdokładniejsze pomiary.
aby uzyskać więcej informacji, sprawdź stronę misji WMAP NASA i stronę misji Planck ESA.
Astronomia też ma informacje na ten temat. Posłuchaj tutaj: Odcinek 5-Wielki Wybuch i kosmiczna Mikrofalówka