우주 마이크로 웨이브 배경 : 빅뱅의 잔재

우주 마이크로 웨이브 배경 (CMB)은 빅뱅 또는 우주가 시작된 시간에서 남은 방사선으로 생각됩니다. 이론에 따르면 우주가 태어 났을 때 급속한 팽창과 팽창을 겪었습니다. (우주는 오늘날에도 여전히 팽창하고 있으며, 보는 곳에 따라 팽창률이 다르게 나타납니다.) CMB는 빅뱅에서 남은 열을 나타냅니다.

CMB는 육안으로는 볼 수 없지만 우주의 모든 곳에서 볼 수 있습니다. 인간은 절대 영도보다 2.725도 (화씨 영하 459.67도 또는 섭씨 영하 273.15도)로 매우 추워서 전자기 스펙트럼의 마이크로파 부분에서 방사선이 가장 잘 보입니다.

기원 그리고 발견

우주는 138 억년 전에 시작되었고 CMB는 빅뱅 이후 약 40 만년으로 거슬러 올라갑니다. 이는 우주의 초기 단계에 불과 100 년이었던 -현재 크기의 백만 분의 1, 온도는 극심했습니다 : NASA에 따르면 절대 영도보다 2 억 7300 만도 높습니다.

그 당시 존재했던 모든 원자는 빠르게 작은 입자 (양성자 및 전자)로 분해되었습니다. 광자 (빛의 양자를 나타내는 입자 또는 기타 방사선을 나타내는 입자)에서 CMB의 방사선은 전자에서 산란되었습니다. NASA는 “따라서 광자들은 광학적 빛이 짙은 안개를 헤매는 것처럼 초기 우주를 떠돌았다”고 썼다.

빅뱅 이후 약 38 만년 후, 우주는 수소가 형성 될 수있을만큼 충분히 차가웠다. CMB 광자는 수소에 거의 영향을받지 않기 때문에 광자는 직선으로 이동합니다. 우주 론자들은 CMB 광자가 마지막으로 충돌 할 때 “마지막 산란 표면”을 언급합니다. 그 후 우주는 너무 컸습니다. 따라서 CMB를 매핑 할 때 우주가 방사선에 불투명 한 직후 인 빅뱅 이후 38 만년을 되돌아보고 있습니다.

미국 우주 학자 Ralph Apher는 처음으로 예측했습니다. NASA에 따르면 그가 Robert Herman과 George Gamow와 함께 일을하던 1948 년 CMB. 연구팀은 빅뱅 핵 합성 또는 가장 가벼운 수소 동위 원소 (유형) 외에 우주의 원소 생성과 관련된 연구를하고있었습니다. 이러한 유형의 수소는 우주 역사 초기에 생성되었습니다.

Robert Wilson은 1964 년에 Arno와 함께 우주 마이크로파 배경 (CMB) 복사를 발견했습니다. Penzias, 빅뱅 이론을 탄탄한 기반에 두었습니다. Wilson과 Penzias는이 발견으로 1978 년 노벨 물리학상을 수상했습니다. >

하지만 CMB는 우연히 처음 발견되었습니다. 1965 년 Bell Telephone Laboratories의 두 연구원 (Arno Penzias 및 Robert Wilson)이 라디오 수신기를 만들고 있었는데 당황했습니다. 소음이 들리는 소리에. 그들은 곧 소음이 온 하늘에서 균일하게 들린다는 것을 깨달았습니다. 동시에 Princeton University의 팀 (Robert Dicke이 이끄는)이 CMB를 찾으려고했습니다. Dicke의 팀이 바람을 쐬었습니다. Bell 실험에서 CMB가 발견되었음을 깨달았습니다.

두 팀 모두 1965 년 천체 물리학 저널에 논문을 빠르게 발표했습니다. Penzias와 Wilson은 그들이 본 것에 대해 이야기하고 Dicke의 팀은 우주의 맥락에서 그것이 의미하는 바를 설명했습니다. (나중에 Penzias 및 Wilson은 둘 다 1978 년 노벨 물리학상을 수상했습니다.)

자세히 연구

CMB는 초기 우주가 어떻게 형성되었는지 배우는 데 도움이되므로 과학자들에게 유용합니다. 정확한 망원경으로 볼 수있는 작은 변동만을 가진 균일 한 온도. “이 변동을 연구함으로써 우주 학자들은 은하의 기원과 은하의 대규모 구조에 대해 배울 수 있고 빅뱅 이론의 기본 매개 변수를 측정 할 수있다”고 NASA는 썼다.

CMB의 일부가 발견 된 후 수십 년 동안 매핑되었지만 최초의 우주 기반 전체 하늘지도는 1989 년에 시작되어 중단 된 NASA의 COBE (Cosmic Background Explorer) 임무에서 나왔습니다. 1993 년 과학 작전.이 우주의 “아기 그림”은 N ASA는 그것을 부르고 빅뱅 이론 예측을 확인했으며 이전에는 볼 수 없었던 우주 구조의 힌트도 보여주었습니다. 2006 년에 노벨 물리학상은 NASA Goddard 우주 비행 센터의 COBE 과학자 John Mather와 버클리 캘리포니아 대학의 George Smoot에게 수여되었습니다.

CMB (Cosmic Microwave Background) 방사선은 우주의 나이와 구성을 알려주고 답해야 할 새로운 질문을 제기합니다. 우주 마이크로파 배경이 어떻게 작동하는지 여기에서 감지 할 수 있습니다. (이미지 출처 : Karl Tate, SPACE.com Infographics Artist)

2003 년에 더 자세한지도가 2001 년 6 월에 시작되어 과학 수집을 중단 한 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)에 의해 나왔습니다. 첫 번째 사진은 우주의 나이를 137 억년 (138 억년으로 정제 된 이후 측정 값)로 고정 시켰으며 놀라운 사실을 보여주었습니다. 가장 오래된 별은 빅뱅 이후 약 2 억년 동안 빛나기 시작했습니다.

과학자들은 우주의 초기 팽창 단계 (형성 후 1 조분의 1 초)를 연구하고 원자 밀도, 우주의 울퉁불퉁 함 및 기타 속성에 대한보다 정확한 매개 변수를 제공함으로써 이러한 결과를 추적했습니다. 형성된 직후 우주의. 그들은 또한 하늘의 양쪽 반구의 평균 기온에서 이상한 비대칭과 예상보다 더 큰 “저온 지점”을 보았습니다. WMAP 팀은 그들의 작업으로 2018 년 기초 물리학의 돌파 구상을 수상했습니다.

2013 년에 유럽 우주국의 플랑크 우주 망원경 데이터가 공개되어 CMB의 가장 정확한 사진을 보여줍니다. 이 정보로 또 다른 미스터리를 발견했습니다. 큰 각도 스케일에서 CMB의 변동은 예측과 일치하지 않았습니다. Planck는 또한 WMAP가 비대칭 및 냉점 측면에서 본 것을 확인했습니다. Planck의 2018 년 최종 데이터 릴리스 (2009 년 사이에 운영 된 임무) 그리고 2013)은 암흑 물질과 암흑 에너지 (우주 가속 뒤에있을 가능성이있는 신비한 힘)가 존재하는 것처럼 보인다는 더 많은 증거를 보여주었습니다.

다른 연구 노력은 CMB의 다양한 측면을 조사하려고 시도했습니다. 하나는 E- 모드 (2002 년 남극 대륙에 기반한 각도 스케일 간섭계에서 발견) 및 B- 모드라고하는 편광 유형을 결정하는 것입니다. B- 모드는 E- 모드 (2013 년 남극 망원경에서 처음 본 렌즈)와 중력파 (2016 년 Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO)를 사용하여 처음 관찰 됨)의 중력 렌즈를 통해 생성 할 수 있습니다. 2014 년 남극에 기반을 둔 BICEP2 장비는 중력파 B 모드를 발견 한 것으로 알려졌지만, 추가 관찰 (플랑크의 작업 포함)에 따르면 이러한 결과는 우주 먼지로 인한 것입니다.

2018 년 중반 기준 , 과학자들은 빅뱅 직후 짧은 기간의 빠른 우주 팽창을 보여주는 신호를 찾고 있습니다. 그 당시 우주는 빛의 속도보다 빠른 속도로 커지고있었습니다. 이런 일이 발생하면 연구자들은 이것이 편광 형태를 통해 CMB에서 볼 수 있어야한다고 생각합니다. 그해의 한 연구에 따르면 나노 다이아몬드의 빛이 우주 관측을 방해하는 희미하지만 식별 가능한 빛을 생성한다고 제안했습니다. 이제이 빛이 설명되었으므로 향후 조사를 통해 CMB의 희미한 양극화를 더 잘 찾기 위해이를 제거 할 수 있다고 당시 연구 저자들은 말했습니다.

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