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.
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.
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.