Vad är den kosmiska mikrovågsbakgrunden?
i tusentals år har människan övervägt universum och försökt bestämma dess sanna omfattning. Och medan gamla filosofer trodde att världen bestod av en skiva, en ziggurat eller en kub omgiven av himmelska oceaner eller någon form av eter, öppnade utvecklingen av modern astronomi sina ögon för nya gränser. Vid 1900-talet började forskare förstå hur stor (och kanske till och med oändlig) universum verkligen är.,
och i samband med att titta längre ut i rymden, och djupare tillbaka i tiden, kosmologer har upptäckt några verkligt fantastiska saker. Till exempel, under 1960-talet, blev astronomer medvetna om mikrovågsbakgrundsstrålning som var detekterbar i alla riktningar. Känd som den Kosmiska bakgrundsstrålningen (CMB), förekomsten av denna strålning har bidragit till att informera vår förståelse för hur Universum började.
beskrivning:
CMB är i huvudsak elektromagnetisk strålning som är kvar från den tidigaste kosmologiska epoken som genomsyrar hela universum., Det tros ha bildats ungefär 380.000 år efter Big Bang och innehåller subtila indikationer på hur de första stjärnorna och galaxerna bildades. Även om denna strålning är osynlig med hjälp av optiska teleskop, kan radioteleskop detektera den svaga signalen (eller glöden) som är starkast i radiospektrumets mikrovågsområde.
CMB är synlig på ett avstånd av 13,8 miljarder ljusår i alla riktningar från jorden, ledande forskare för att bestämma att detta är universums sanna ålder. Det är dock inte en indikation på universums sanna omfattning., Med tanke på att rymden har varit i ett tillstånd av expansion ända sedan det tidiga universum (och expanderar snabbare än ljusets hastighet), är CMB bara den längst tillbaka i tiden vi kan se.
förhållande till Big Bang:
CMB är centralt för Big Bang-teorin och moderna kosmologiska modeller (som Lambda-CDM-modellen). När teorin går, när universum föddes för 13,8 miljarder år sedan, kondenserades all materia till en enda punkt av oändlig densitet och extrem värme. På grund av den extrema värmen och densiteten av materia var universums tillstånd mycket instabilt., Plötsligt började denna punkt expandera,och universum som vi vet började det.
vid denna tidpunkt fylldes utrymmet med en jämn glöd av vita heta plasmapartiklar-som bestod av protoner, neutroner, elektroner och fotoner (ljus). Mellan 380,000 och 150 miljoner år efter Big Bang interagerade fotonerna ständigt med fria elektroner och kunde inte resa långa avstånd. Därför kallas denna epok vardagligt som ”mörka åldrar”.,
När universum fortsatte att expandera kyldes det till den punkt där elektroner kunde kombinera med protoner för att bilda väteatomer (aka. Rekombinationsperioden). I avsaknad av fria elektroner kunde fotonerna röra sig obehindrat genom universum och det började dyka upp som det gör idag (dvs transparent och genomträngt av ljus). Under de mellanliggande miljarder åren fortsatte universum att expandera och kylas kraftigt.,
på grund av expansionen av rymden växte våglängderna av fotonerna (blev ”redshifted”) till ungefär 1 millimeter och deras effektiva temperatur minskade till strax över absolut noll – 2,7 Kelvin (-270 °C; -454 °F). Dessa fotoner fyller universum idag och visas som en bakgrundsglöd som kan detekteras i de infraröda och radiovåglängderna.
Studiehistoria:
förekomsten av CMB var först teoretiserad av Ukrainsk-amerikanska fysikern George Gamow, tillsammans med sina elever, Ralph Alpher och Robert Herman, 1948., Denna teori baserades på deras studier av konsekvenserna av nukleosyntes av ljuselement (väte, helium och litium) under det mycket tidiga universum. I huvudsak insåg de att för att syntetisera kärnorna i dessa element behövde det tidiga universum vara extremt varmt.
de teoretiserade vidare att överbliven strålning från denna extremt heta period skulle genomsyra universum och skulle kunna upptäckas. På grund av universums expansion uppskattade de att denna bakgrundsstrålning skulle ha en låg temperatur på 5 K (-268 °C; -450 °f) – bara fem grader över absolut noll – vilket motsvarar mikrovågsvåglängder. Det var inte förrän 1964 som de första bevisen för CMB upptäcktes.,
detta var resultatet av amerikanska astronomer Arno Penzias och Robert Wilson med hjälp av Dicke radiometern, som de hade avsett att använda för radioastronomi och satellitkommunikationsexperiment. Men när de utför sin första mätning märkte de ett överskott av 4,2 k antenntemperatur som de inte kunde redogöra för och kunde bara förklaras av närvaron av bakgrundsstrålning. För deras upptäckt tilldelades Penzias och Wilson Nobelpriset i fysik 1978.,
inledningsvis var detekteringen av CMB en källa till strid mellan förespråkare av olika kosmologiska teorier. Förespråkare av Big Bang-teorin hävdade att detta var den” relikstrålning ” som lämnades kvar från Big Bang, förespråkare av Steady State teorin hävdade att det var resultatet av spridda stjärnljus från avlägsna galaxer. Men på 1970-talet hade ett vetenskapligt samförstånd uppstått som gynnade Big Bang-tolkningen.
under 1980-talet satte markbaserade instrument allt strängare gränser för temperaturskillnaderna i CMB. Dessa ingår den Sovjetiska RELIKT-1 uppdrag ombord på Prognoz 9 satellit (som lanserades i juli 1983) och NASA Cosmic Background Explorer (COBE) uppdrag (som är resultat publicerades 1992). För sitt arbete fick COBE-teamet Nobelpriset i fysik 2006.,
COBE upptäckte också CMB: s första akustiska topp, akustiska svängningar i plasma vilket motsvarar storskaliga densitetsvariationer i det tidiga universum som skapats av gravitationsinstabiliteter. Många experiment följde under det kommande decenniet, som bestod av mark-och ballongbaserade experiment vars syfte var att ge mer exakta mätningar av den första akustiska toppen.
den andra akustiska toppen upptäcktes preliminärt av flera experiment, men upptäcktes inte slutgiltigt förrän Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) distribuerades 2001., Mellan 2001 och 2010, när uppdraget avslutades, upptäckte WMAP också en tredje topp. Sedan 2010 har flera uppdrag övervakat CMB för att ge förbättrade mätningar av polariseringen och småskaliga variationer i densitet.
Dessa inkluderar markbaserade teleskop som JAKTEN på DASI (QUaD) och South Pole Telescope vid Amudsen-Scott South Pole Station, och Atacama Cosmology Telescope och Q/U Imaging ExperimenT (TYST) – teleskopet i Chile. Samtidigt fortsätter Europeiska rymdorganisationens Planck rymdfarkoster att mäta CMB från rymden.,
framtiden för CMB:
enligt olika kosmologiska teorier kan universum vid något tillfälle upphöra att expandera och börja vända och kulminera i en kollaps följt av en annan Big Bang – aka. den stora kritan teorin. I ett annat scenario, känt som The Big Rip, kommer universums expansion så småningom att leda till att all materia och rymdtid själv slits sönder.
om inget av dessa scenarier är korrekt, och universum fortsatte att expandera i en accelerationshastighet, kommer CMB att fortsätta redshifting till den punkt där det inte längre är detekterbart., Vid denna tidpunkt kommer den att bli överkörd av det första stjärnljuset som skapas i universum, och sedan av bakgrundsstrålningsfält som produceras av processer som antas kommer att äga rum i universums framtid.
Vi har skrivit många intressanta artiklar om den kosmiska mikrovågsbakgrunden här i universum idag. Här är vad är den kosmiska Mikrovågsbakgrundsstrålningen? Big Bang-Teorin: Utvecklingen av vårt Universum, Vad Var Kosmisk Inflation?, Strävan att förstå det tidigaste universum, Landmark Discovery: nya resultat ger direkta bevis för kosmisk Inflation, och hur snabbt expanderar universum? Hubble och Gaia Team upp för att genomföra de mest exakta mätningarna hittills.
För mer information, kolla in NASA: s WMAP-uppdrag för sida och den europeiska rymdorganisationen ESA: s Planck uppdrag sida.
Astronomi Cast har också information om ämnet. Lyssna här: Episode 5 – Big Bang och Kosmiska bakgrundsstrålningen