Wat is de kosmische Microgolfachtergrond?
gedurende duizenden jaren heeft de mens het universum overwogen en geprobeerd de ware omvang ervan te bepalen. En terwijl oude filosofen geloofden dat de wereld bestond uit een schijf, een Ziggurat of een kubus omringd door hemelse oceanen of een soort ether, opende de ontwikkeling van de moderne astronomie hun ogen voor nieuwe grenzen. Tegen de 20e eeuw begonnen wetenschappers te begrijpen hoe groot (en misschien zelfs oneindig) het universum werkelijk is.,
en in de loop van het verder kijken naar de ruimte, en dieper terug in de tijd, hebben kosmologen een aantal werkelijk verbazingwekkende dingen ontdekt. In de jaren zestig werden astronomen zich bijvoorbeeld bewust van microgolfachtergrondstraling die in alle richtingen kon worden waargenomen. Bekend als de kosmische Microgolfachtergrond (CMB), heeft het bestaan van deze straling bijgedragen aan ons begrip van hoe het universum begon.
omschrijving:
de CMB is in wezen elektromagnetische straling die overblijft uit het vroegste kosmologische tijdperk dat het hele universum doordringt., Er wordt aangenomen dat het ongeveer 380.000 jaar na de oerknal is gevormd en het bevat subtiele aanwijzingen van hoe de eerste sterren en sterrenstelsels zijn gevormd. Hoewel deze straling onzichtbaar is met behulp van optische telescopen, kunnen radiotelescopen het zwakke signaal (of gloed) detecteren dat het sterkst is in het microgolfgebied van het radiospectrum.
de CMB is zichtbaar op een afstand van 13,8 miljard lichtjaar in alle richtingen van de aarde, wat wetenschappers ertoe heeft gebracht te bepalen dat dit de ware leeftijd van het heelal is. Het is echter geen indicatie van de ware omvang van het universum., Gezien het feit dat de ruimte al sinds het vroege universum in een staat van expansie is (en zich sneller uitbreidt dan de lichtsnelheid), is de CMB slechts de verste terug in de tijd die we kunnen zien.
relatie met de Big Bang:
de CMB staat centraal in de Big Bang Theorie en moderne kosmologische modellen (zoals het Lambda-CDM model). Zoals de theorie zegt, toen het universum 13,8 miljard jaar geleden werd geboren, werd alle materie gecondenseerd tot een enkel punt van oneindige dichtheid en extreme hitte. Door de extreme hitte en dichtheid van materie was de toestand van het heelal zeer onstabiel., Plotseling begon dit punt uit te breiden, en het universum zoals wij het kennen begon.
op dat moment was de ruimte gevuld met een uniforme gloed van wit-hete plasmadeeltjes – die bestond uit protonen, neutronen, elektronen en fotonen (licht). Tussen 380.000 en 150 miljoen jaar na de oerknal, waren de fotonen voortdurend in wisselwerking met vrije elektronen en konden geen lange afstanden afleggen. Vandaar dat dit tijdperk in de volksmond wordt aangeduid als De”Donkere eeuwen”.,naarmate het heelal verder uitdijde, koelde het af tot het punt waar elektronen konden combineren met protonen om waterstofatomen te vormen. de Recombinatieperiode). Door de afwezigheid van vrije elektronen konden de fotonen ongehinderd door het heelal bewegen en begon het te verschijnen zoals het nu doet (dat wil zeggen transparant en doordrongen door licht). Gedurende de tussenliggende miljarden jaren, bleef het heelal uitdijen en koelde sterk af.,
door de uitbreiding van de ruimte groeide de golflengte van de fotonen tot ongeveer 1 millimeter en daalde hun effectieve temperatuur tot net boven het absolute nulpunt – 2,7 Kelvin (-270 °C; -454 °F). Deze fotonen vullen het heelal vandaag en verschijnen als een achtergrondgloed die kan worden gedetecteerd in de verre-infrarode en radiogolflengten.het bestaan van de CMB werd voor het eerst getheoretiseerd door de Oekraïens-Amerikaanse natuurkundige George Gamow, samen met zijn studenten Ralph Alpher en Robert Herman, in 1948., Deze theorie was gebaseerd op hun studies van de gevolgen van nucleosynthese van lichtelementen (waterstof, helium en lithium) tijdens het zeer vroege universum. In wezen realiseerden ze zich dat om de kernen van deze elementen te synthetiseren, het vroege universum extreem heet moest zijn.
ze stelden verder dat de overgebleven straling uit deze extreem hete periode het heelal zou doordringen en detecteerbaar zou zijn. Door de uitdijing van het heelal schatten ze dat deze achtergrondstraling een lage temperatuur zou hebben van 5 K (-268 °C; -450 °F) – slechts vijf graden boven het absolute nulpunt – wat overeenkomt met microgolfgolflengten. Pas in 1964 werd het eerste bewijs voor de CMB ontdekt.,dit was het resultaat van het gebruik door de Amerikaanse astronomen Arno Penzias en Robert Wilson van de Dicke-radiometer, die ze wilden gebruiken voor radioastronomie en satellietcommunicatie-experimenten. Echter, bij het uitvoeren van hun eerste meting, merkten ze een overmaat van 4,2 K antennetemperatuur dat ze niet kon verklaren en alleen kon worden verklaard door de aanwezigheid van achtergrondstraling. Voor hun ontdekking, Penzias en Wilson werden bekroond met de Nobelprijs voor de natuurkunde in 1978.,aanvankelijk was de detectie van de CMB een bron van twist tussen voorstanders van verschillende kosmologische theorieën. Terwijl voorstanders van de oerknaltheorie beweerden dat dit de” relic radiation ” was die overbleef van de oerknal, beweerden voorstanders van de Steady State theorie dat het het resultaat was van verstrooid sterrenlicht van verre sterrenstelsels. Echter, tegen de jaren 1970, een wetenschappelijke consensus was ontstaan die de Big Bang interpretatie begunstigd.
in de jaren tachtig werden de temperatuurverschillen van de CMB op de grond steeds strenger. Deze omvatten de Sovjet RELIKT-1 missie aan boord van de Prognoz 9 satelliet (die werd gelanceerd in juli 1983) en de NASA Cosmic Background Explorer (COBE) missie (Who ‘ s bevindingen werden gepubliceerd in 1992). Voor hun werk ontving het Cobe-team in 2006 de Nobelprijs voor de natuurkunde.,
COBE detecteerde ook de eerste akoestische piek van de CMB, akoestische oscillaties in het plasma, die overeenkomen met grootschalige dichtheidsvariaties in het vroege universum, veroorzaakt door zwaartekrachtinstabilities. Veel experimenten volgden in het volgende decennium, die bestonden uit experimenten op de grond en ballonnen met als doel nauwkeuriger metingen van de eerste akoestische piek te leveren.
de tweede akoestische piek werd voorlopig gedetecteerd door verschillende experimenten, maar werd niet definitief gedetecteerd tot de Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) werd ingezet in 2001., Tussen 2001 en 2010, toen de missie werd afgerond, ontdekte WMAP ook een derde piek. Sinds 2010 hebben meerdere missies de CMB gemonitord om verbeterde metingen van de polarisatie en kleine schaalvariaties in dichtheid te leveren.deze telescopen omvatten telescopen op de grond zoals QUEST at DASI (QUaD) en de Zuidpool telescoop op het Amudsen-Scott South Pole Station, en de Atacama Cosmology Telescope en Q/U Imaging ExperimenT (QUIET) telescoop in Chili. Ondertussen blijft het Planck-ruimtevaartuig van de Europese Ruimtevaartorganisatie de CMB vanuit de ruimte meten.,
toekomst van de CMB:
volgens verschillende kosmologische theorieën kan het universum op een gegeven moment ophouden uit te breiden en beginnen om te keren, culminerend in een instorting gevolgd door een andere Big Bang – aka. de Big Crunch theorie. In een ander scenario, bekend als de grote scheur, zal de expansie van het universum uiteindelijk leiden tot alle materie en ruimtetijd zelf worden verscheurd.
als geen van deze scenario ‘ s correct is, en het universum steeds sneller uitdijt, zal de CMB blijven roodverschuiven tot het punt waarop het niet langer detecteerbaar is., Op dit punt zal het worden ingehaald door het eerste sterrenlicht dat in het universum wordt gecreëerd, en dan door achtergrondstraling velden geproduceerd door processen die verondersteld worden plaats te vinden in de toekomst van het universum.
we hebben veel interessante artikelen geschreven over de kosmische achtergrondstraling hier in Universe Today. Hier is wat is de kosmische microgolf achtergrondstraling?, Big Bang Theorie: evolutie van ons universum, wat was kosmische inflatie?, De zoektocht om het vroegste universum te begrijpen, historische ontdekking: nieuwe resultaten leveren Direct bewijs voor kosmische inflatie, en hoe snel breidt het universum uit? Hubble en Gaia werken samen om de meest nauwkeurige metingen tot nu toe uit te voeren.
voor meer informatie, kijk op NASA ’s WMAP mission page en de ESA’ s Planck mission page.
Astronomy Cast heeft ook informatie over het onderwerp. Luister hier: aflevering 5-de oerknal en kosmische Microgolfachtergrond