Den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB) antas å være reststråling fra Big Bang, eller tiden da universet begynte. Som teorien går, da universet ble født, gjennomgikk det en rask inflasjon og ekspansjon. (Universet ekspanderer fortsatt i dag, og ekspansjonshastigheten ser annerledes ut avhengig av hvor du ser). CMB representerer varmen som er igjen fra Big Bang.
Du kan ikke se CMB med det blotte øye, men det er overalt i universet. Det er usynlig for mennesker fordi det er så kaldt, bare 2,725 grader over absolutt null (minus 459,67 grader Fahrenheit, eller minus 273,15 grader Celsius.) Dette betyr at strålingen er mest synlig i mikrobølgedelen av det elektromagnetiske spekteret.
Opprinnelse og oppdagelse
Universet begynte for 13,8 milliarder år siden, og CMB dateres tilbake til rundt 400 000 år etter Big Bang. Det er fordi i de tidlige stadiene av universet, da det bare var hundre -millionth størrelsen den er i dag, temperaturen var ekstrem: 273 millioner grader over absolutt null, ifølge NASA.
Eventuelle atomer som var tilstede på den tiden ble raskt brutt fra hverandre i små partikler (protoner og elektroner). Strålingen fra CMB i fotoner (partikler som representerer kvanter for lys eller annen stråling) ble spredt av elektronene. «Dermed vandret fotoner gjennom det tidlige universet, akkurat som optisk lys vandrer gjennom en tett tåke,» skrev NASA.
Cirka 380 000 år etter Big Bang var universet kult nok til at hydrogen kunne dannes. Fordi CMB-fotonene knapt påvirkes av å treffe hydrogen, beveger fotonene seg i rette linjer. Kosmologer refererer til en «overflate av siste spredning» når CMB-fotonene sist traff saken; etter det var universet for stort. Så når vi kartlegger CMB, ser vi tilbake i tid til 380 000 år etter Big Bang, like etter at universet var ugjennomsiktig for stråling.
Amerikansk kosmolog Ralph Apher forutså først CMB i 1948, da han jobbet med Robert Herman og George Gamow, ifølge NASA. Teamet forsket på Big Bang nukleosyntese, eller produksjonen av grunnstoffer i universet i tillegg til den letteste isotopen (typen) av hydrogen. Denne typen hydrogen ble skapt veldig tidlig i universets historie.
Men CMB ble først funnet ved et uhell. I 1965 opprettet to forskere med Bell Telephone Laboratories (Arno Penzias og Robert Wilson) en radiomottaker og ble forvirret av støyen det tok seg. De skjønte snart at støyen kom jevnt fra hele himmelen. Samtidig prøvde et team ved Princeton University (ledet av Robert Dicke) å finne CMB. Dickes team fikk vind av Bell-eksperimentet og innså at CMB var funnet.
Begge lag publiserte raskt papirer i Astrophysical Journal i 1965, med Penzias og Wilson som snakket om hva de så, og Dickes team som forklarte hva det betyr i sammenheng med universet. (Senere Penzias og Wilson mottok begge Nobelprisen i fysikk i 1978).
Studerer mer detaljert
CMB er nyttig for forskere fordi det hjelper oss å lære hvordan det tidlige universet ble dannet. Det er kl. en jevn temperatur med bare små svingninger som er synlige med presise teleskoper. «Ved å studere disse svingningene kan kosmologer lære om opprinnelsen til galakser og store strukturer av galakser, og de kan måle de grunnleggende parametrene til Big Bang-teorien,» skrev NASA.
Mens deler av CMB ble kartlagt i de påfølgende tiårene etter oppdagelsen, kom det første rombaserte full-sky-kartet fra NASAs Cosmic Background Explorer (COBE) oppdrag, som ble lansert i 1989 og opphørte vitenskapelige operasjoner i 1993. Dette «babybildet» av universet, som N ASA kaller det, bekreftet Big Bang teori spådommer og viste også hint om kosmisk struktur som ikke ble sett før. I 2006 ble Nobelprisen i fysikk tildelt COBE-forskere John Mather ved NASA Goddard Space Flight Center, og George Smoot ved University of California, Berkeley.
Et mer detaljert kart kom i 2003 med tillatelse fra Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), som ble lansert i juni 2001 og sluttet å samle inn vitenskap data i 2010. Det første bildet festet universets alder ved 13,7 milliarder år (en måling siden raffinert til 13,8 milliarder år) og avslørte også en overraskelse: de eldste stjernene begynte å skinne rundt 200 millioner år etter Big Bang, langt tidligere enn spådd.
Forskere fulgte opp resultatene ved å studere de veldig tidlige inflasjonstrinnene i universet (i det trillionte sekund etter dannelsen) og ved å gi mer presise parametere for atomtetthet, universets klumpighet og andre egenskaper av universet kort tid etter at det ble dannet. De så også en merkelig asymmetri i gjennomsnittstemperaturer på begge himmelkuler, og et «kaldt sted» som var større enn forventet. WMAP-teamet mottok gjennombruddsprisen i 2018 for grunnleggende fysikk for sitt arbeid.
I 2013 ble data fra European Space Agency s Planck-romteleskop frigitt, som viser det høyeste presisjonsbildet av CMB ennå. Forskere avdekket et annet mysterium med denne informasjonen: Svingninger i CMB i store vinkelskalaer stemte ikke overens med spådommer. Planck bekreftet også hva WMAP så med hensyn til asymmetri og forkjølelse. Plancks endelige datautgivelse i 2018 (oppdraget opererte mellom 2009 og 2013) viste mer bevis på at mørk materie og mørk energi – mystiske krefter som sannsynligvis ligger bak akselerasjonen i universet – ser ut til å eksistere.
Annen forskningsinnsats har forsøkt å se på forskjellige sider ved CMB. Den ene er å bestemme typer polarisering som kalles E-modus (oppdaget av det Antarktis-baserte Degree Angular Scale Interferometer i 2002) og B-modus. B-modus kan produseres fra gravitasjonslinsing av E-modus (denne linsen ble først sett av Sydpolsteleskopet i 2013) og gravitasjonsbølger (som først ble observert i 2016 ved hjelp av Advanced Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, eller LIGO). I 2014 ble det antarktisbaserte BICEP2-instrumentet sagt å ha funnet gravitasjonsbølge B-modus, men ytterligere observasjon (inkludert arbeid fra Planck) viste at disse resultatene skyldtes kosmisk støv.
Fra midten av 2018 , forskere leter fortsatt etter signalet som viste en kort periode med rask universutvidelse kort tid etter Big Bang. På den tiden ble universet større med en hastighet raskere enn lysets hastighet. Hvis dette skjedde, mistenker forskere at dette skal være synlig i CMB gjennom en form for polarisering. En studie det året antydet at en glød fra nanodiamanter skaper et svakt, men merkbart lys som forstyrrer kosmiske observasjoner. Nå som det tas hensyn til denne gløden, kan fremtidige undersøkelser fjerne den for bedre å se etter den svake polarisasjonen i CMB, sa forfatterne på den tiden.