A kozmikus mikrohullámú háttér (CMB) feltehetően az ősrobbanásból származó maradék sugárzás, vagy az univerzum kezdetének időpontja. Az elmélet szerint, amikor az univerzum megszületett, gyors infláció és tágulás ment keresztül. (A világegyetem ma is tágul, és a tágulási sebesség eltérően jelenik meg attól függően, hogy hol nézel). A CMB az Ősrobbanásból megmaradt hőt képviseli.
A CMB-t nem szabad szemmel láthatja, de az univerzumban mindenhol jelen van. Láthatatlan ember, mert olyan hideg van, csak 2,725 fok az abszolút nulla felett (mínusz 459,67 Fahrenheit fok vagy mínusz 273,15 Celsius fok.) Ez azt jelenti, hogy sugárzása leginkább az elektromágneses spektrum mikrohullámú részén látható.
Eredet és felfedezés
Az univerzum 13,8 milliárd évvel ezelőtt kezdődött, és a CMB körülbelül 400 000 évvel ezelőttre nyúlik vissza az Ősrobbanás után. Ez azért van, mert az univerzum korai szakaszában, amikor még csak száz volt -millióval akkora, mint ma, hőmérséklete rendkívüli volt: a NASA szerint 273 millió fokkal az abszolút nulla fölött.
Az akkor jelen lévő atomok gyorsan apró részecskékre (protonokra és elektronokra) bomlottak szét. A fotonokban lévő CMB sugárzása (fénykvantumokat vagy más sugárzást képviselő részecskék) szétszóródott az elektronokról. “Így a fotonok vándoroltak a korai világegyetemben, ahogyan az optikai fény is sűrű ködben vándorol” – írta a NASA.
Körülbelül 380 000 évvel az Ősrobbanás után az univerzum elég hűvös volt ahhoz, hogy hidrogén keletkezhessen. Mivel a CMB fotonokra alig hat a hidrogén beütése, a fotonok egyenes vonalakban haladnak. A kozmológusok “az utolsó szétszóródás felületére” utalnak, amikor a CMB fotonok utoljára eltaláltak; utána az univerzum túl nagy volt. Tehát amikor feltérképezzük a CMB-t, visszatekintünk az Óz Bumm utáni 380 000 évre, közvetlenül azután, hogy az univerzum átlátszatlan volt a sugárzással szemben.
Ralph Apher amerikai kozmológus először megjósolta a CMB 1948-ban, amikor Robert Nermannal és George Gamow-val dolgozott a NASA szerint. A csapat az ősrobbanás nukleoszintézisével, vagy az univerzumban a legkönnyebb izotóp (típus) mellett a hidrogén legkiválóbb izotópjain alapuló elemek előállításával kapcsolatos kutatásokat végzett. Ez a hidrogéntípus nagyon korán jött létre az univerzum történelmében.
De a CMB-t először véletlenül találták meg. 1965-ben a Bell Telephone Laboratories két kutatója (Arno Penzias és Robert Wilson) rádióvevőt készített, és értetlenül álltak. a zaj felerősödött. Hamarosan rájöttek, hogy a zaj egyenletesen érkezik az egész égboltról. Ugyanakkor a Princetoni Egyetem (Robert Dicke vezetésével) csapata megpróbálta megtalálni a CMB-t. Dicke csapata szélre kapta a Bell-kísérlet során, és rájött, hogy a CMB-t megtalálták.
Mindkét csapat 1965-ben gyorsan publikált dolgozatokat az Astrophysical Journal-ban, Penzias és Wilson beszéltek a látottakról, Dicke csapata pedig elmagyarázta, mit jelent ez az univerzum összefüggésében. (Később Penzias és Wilson mindketten megkapták az 1978-as fizikai Nobel-díjat).
Részletesebb tanulmányozás
A CMB azért hasznos a tudósok számára, mert segít megismerni a korai világegyetem kialakulását. egységes hőmérséklet csak apró ingadozásokkal, pontos távcsövekkel látható. “Ezeknek az ingadozásoknak a tanulmányozásával a kozmológusok megismerhetik a galaxisok eredetét és a galaxisok nagyméretű struktúráit, és megmérhetik az ősrobbanás elmélet alapvető paramétereit” – írta a NASA.
Míg a CMB egyes részei a felfedezését követő évtizedekben feltérképezésre kerültek, az első űralapú teljes égbolt térkép a NASA kozmikus háttér-felfedező (COBE) missziójából származott, amely 1989-ben indult el és megszűnt. tudományos műveletek 1993-ban. A világegyetem ezen “babaképe”, mint N Az ASA hívja, megerősítette az ősrobbanás elméleti előrejelzéseit, és olyan kozmikus szerkezetre utaló utalásokat is mutatott, amelyek korábban nem voltak láthatók. 2006-ban a fizikai Nobel-díjat John Mather COBE-tudósoknak ítélték oda a NASA Goddard Űrrepülési Központjában és George Smootnak a Berkeley-i Kaliforniai Egyetemen.
Részletesebb térkép 2003-ban érkezett a Wilkinson Mikrohullámú Anisotropia Probe (WMAP) jóvoltából, amely 2001 júniusában indult el és abbahagyta a tudomány gyűjtését adatok. Az első kép az univerzum korát 13,7 milliárd évre rögzítette (a mérés 13,8 milliárd évre finomodott), és egy meglepetés is kiderült: a legidősebb csillagok körülbelül 200 millió évvel az Ősrobbanás után kezdtek ragyogni, jóval korábban megjósolta.
A tudósok nyomon követték ezeket az eredményeket, tanulmányozva az univerzum nagyon korai inflációs szakaszait (a képződés után a billió másodpercben), és pontosabb paramétereket adva az atom sűrűségéről, az univerzum csomósságáról és egyéb tulajdonságairól. az univerzum röviddel a kialakulása után. Emellett furcsa aszimmetriát tapasztaltak az átlagos hőmérsékletekben az ég mindkét féltekéjén, és a vártnál nagyobb “hideg foltot”. A WMAP csapata munkájáért megkapta a 2018-as áttörési díjat az alapfizikában.
2013-ban közzétették az Európai Űrügynökség Planck űrtávcsövének adatait, amelyek a CMB eddigi legpontosabb képét mutatják. újabb rejtélyt tárt fel ezzel az információval: A CMB ingadozásai nagy szögméretekben nem egyeztek az előrejelzésekkel. Planck megerősítette azt is, amit a WMAP látott az aszimmetria és a hideg folt szempontjából. A Planck 2018-as végleges adatközlése (a küldetés 2009 között működött) és 2013) újabb bizonyítékot mutatott arra, hogy a sötét anyag és a sötét energia – rejtélyes erők, amelyek valószínűleg az univerzum gyorsulásának hátterében állnak – léteznek.
Más kutatási erőfeszítések a CMB különböző aspektusait próbálták megvizsgálni. Az egyik meghatározza a polarizáció típusait, az úgynevezett E-módokat (amelyeket az Antarktisz-alapú Degree Angular Scale Interferometer 2002-ben fedezett fel) és a B-módokat. A B-módok előállíthatók az E-módok gravitációs lencséjéből (ezt a lencsét először a Déli-sarki teleszkóp látta 2013-ban) és a gravitációs hullámokból (amelyeket először 2016-ban figyeltek meg az Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory vagy a LIGO segítségével). 2014-ben állítólag az antarktiszi alapú BICEP2 műszer megtalálta a gravitációs hullám B-módjait, de további megfigyelések (beleértve a Planck munkáját is) azt mutatták, hogy ezek az eredmények kozmikus pornak köszönhetők.
2018 közepétől , a tudósok még mindig keresik azt a jelet, amely rövid ideig mutatta az univerzum gyors terjeszkedését röviddel az Ősrobbanás után. Abban az időben az univerzum a fénysebességnél gyorsabb ütemben nőtt. Ha ez megtörtént, a kutatók azt gyanítják, hogy ennek a polimerizáció egy formája révén láthatónak kell lennie a CMB-ben. Abban az évben egy tanulmány azt sugallta, hogy a nanodiamandoktól való ragyogás halvány, de jól látható fényt hoz létre, amely zavarja a kozmikus megfigyeléseket. Most, hogy ezt az izzást figyelembe veszik, a jövőbeni vizsgálatok eltávolíthatják, hogy jobban megkereshessék a CMB halvány polarizációját – mondták akkor a tanulmány szerzői.